¸˜
             Redacao

               ´
       em Matematica

     Leandro Augusto Ferreira
Coord. Profa. Dra Edna Maura Zuffi


 Centro de Divulga¸˜o Cient´
                  ca       ıfica e Cultural
    Universidade de S˜o Paulo - CDCC
                     a




           Agosto - 2008
2
Sum´rio
   a

1 Formaliza¸˜o do texto
            ca                                                                                7
  1.1 Disserta¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
               ca                                                                             7
  1.2 Disserta¸˜o em matem´tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
               ca              a                                                              7
  1.3 Simbologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                  8
  1.4 Estrutura dissertativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                  9
      1.4.1 Introdu¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                      ca                                                                      9
      1.4.2 Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                    10
      1.4.3 Conclus˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                      a                                                                      12
  1.5 Modelos de disserta¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                            ca                                                               13
      1.5.1 A disserta¸˜o escolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                         ca                                                                  13
      1.5.2 “Receita” para um texto dissertativo . . . . . . . . . . . .                     13
      1.5.3 Exemplos de textos dissertativos - Exerc´    ıcios de vestibular                 14
  1.6 Exerc´ıcios propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                19

2 L´gica matem´tica
    o              a                                                                         20
  2.1 Defini¸˜es gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
             co                                                          .   .   .   .   .   20
  2.2 Princ´ıpios da l´gica matem´tica . . . . . . . . . . . . . .
                        o            a                                   .   .   .   .   .   21
       2.2.1 N˜o contradi¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                 a           ca                                          .   .   .   .   .   21
       2.2.2 Terceiro exclu´   ıdo . . . . . . . . . . . . . . . . . .   .   .   .   .   .   21
  2.3 Proposi¸˜es do tipo “se A, ent˜o B” . . . . . . . . . . .
               co                        a                               .   .   .   .   .   21
  2.4 A rec´ıproca de uma proposi¸˜o . . . . . . . . . . . . . .
                                      ca                                 .   .   .   .   .   22
  2.5 Proposi¸˜es do tipo “A se, e somente se B” . . . . . . .
               co                                                        .   .   .   .   .   22
  2.6 Nega¸˜o de uma Proposi¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . .
            ca                    ca                                     .   .   .   .   .   23
       2.6.1 Nega¸˜o de conectivos . . . . . . . . . . . . . . .
                     ca                                                  .   .   .   .   .   23
  2.7 Exerc´ ıcios resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    .   .   .   .   .   24
  2.8 Tipos de Demonstra¸˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . .
                              co                                         .   .   .   .   .   24
       2.8.1 Demonstra¸˜o direta . . . . . . . . . . . . . . . .
                           ca                                            .   .   .   .   .   24
       2.8.2 Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos .
                           ca                               o            .   .   .   .   .   25
       2.8.3 Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo)
                           ca                ca                          .   .   .   .   .   26
  2.9 Nomenclatura para proposi¸˜es . . . . . . . . . . . . . .
                                     co                                  .   .   .   .   .   27
  2.10 Exerc´ıcios Resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    .   .   .   .   .   28
  2.11 Exerc´ıcios Propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     .   .   .   .   .   31

Sugest˜es e Respostas
      o                                                                                      32

Apˆndice
  e                                                                                          33




                                          3
´
SUMARIO                                                                          4


A C´lculo de inversa de matrizes
   a                                                                            34
  A.1 Via sistemas lineares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   34
  A.2 Via matriz dos cofatores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    35

B M´todo para resolu¸˜o de sistemas lineares
   e                ca                                                          37

C Equa¸˜es alg´bricas
      co      e                                                                 39

Referˆncias Bibliogr´ficas
     e              a                                                           40
´
Indice Remissivo                                                                41
´
SUMARIO                                                                         5




  “N˜o se preocupem com as dificuldades em matem´tica, as minhas s˜o muito maiores”
    a                                          a                 a
                                                Albert Einstein
Pref´cio
    a

    Esta apostila foi elabora para a utiliza¸˜o no curso ”Reda¸˜o em matem´tica”,
                                            ca                  ca            a
ministrado no CDCC (Centro de Divulga¸˜o Cient´
                                             ca        ıfica e Cultural) da USP em
S˜o Carlos. Pode servir como material de apoio para alunos do Ensino M´dio, e
 a                                                                            e
tem como principal objetivo auxiliar no aprendizado da escrita em matem´tica.   a
    A apostila est´ dividida de acordo com a ordem do curso: no Cap´
                   a                                                         ıtulo 1,
tratamos da formaliza¸˜o do texto, caracterizando a disserta¸˜o em matem´tica
                        ca                                       ca              a
de forma simplificada e pr´tica, trabalhando com exemplos de exerc´
                               a                                            ıcios de
vestibulares de forma progressiva, conforme a ordem: introdu¸˜o, desenvolvi-
                                                                     ca
mento e conclus˜o. Demos ainda algumas orienta¸˜es de como redigir um bom
                 a                                   co
texto, mostrando algumas coisas que devemos evitar numa reda¸˜o. No Cap´
                                                                    ca           ıtulo
2, trabalhamos com a l´gica matem´tica, assunto absolutamente importante no
                         o             a
ensino de matem´tica, mas alertamos, que este assunto foi tratado com bas-
                   a
tante simplicidade, deixando um pouco de lado o rigor dos bons livros de l´gica,
                                                                               o
tentando passar apenas algumas id´ias elementares. Ainda nesses cap´
                                     e                                   ıtulo, trou-
xemos alguns exerc´  ıcios resolvidos e propostos. Deixamos algumas sugest˜es de
                                                                               o
como resolvˆ-los no final desta apostila.
            e
    Alguns assuntos, talvez pouco explorados no Ensimo M´dio, foram acrescen-
                                                               e
tados como apˆndice, pois acreditamos que ser˜o de grande valia ao leitor em
               e                                   a
sua base Matem´tica para empliar a compreens˜o e a reda¸˜o de textos da ´rea.
                 a                                 a          ca                 a
    Gostaria de agradecer ao apoio dado pela Profa. Dra. Edna Maura Zuffi na
coordena¸˜o deste projeto, ao apoio de Jonas Eduardo Carraschi pela colabora-
         ca
¸˜o na ministra¸˜o do minicurso e a todos os participantes do mesmo.
ca              ca


                                              Leandro Augusto Ferreira
                                                  S˜o Carlos, 28 de Julho de 2008.
                                                   a




                                          6
Cap´
   ıtulo 1

Formaliza¸˜o do texto
         ca

    Para redigir um bom texto, ´ necess´rio estimular o racioc´
                                 e        a                   ınio, a capacidade
de an´lise e s´
      a               ´
              ıntese. E preciso desenvolver um pensamento ordenado, revestido
por um vocabul´rio expressivo, revelando assim, um repert´rio preciso e comu-
                  a                                         o
nicativo.
    Em matem´tica n˜o ´ diferente: temos as mesmas necessidades quando de-
                a     a e
sejamos redigir um bom texto, seja ele na resolu¸˜o de um exerc´ ou na de-
                                                  ca              ıcio
monstra¸˜o de uma proposi¸˜o.
         ca                  ca
    Daremos aqui alguns conceitos necess´rios para uma boa escrita. Nossos tex-
                                           a
tos ser˜o todos dissertativos, por isso estudaremos como fazer uma disserta¸˜o.
       a                                                                    ca


1.1    Disserta¸˜o
               ca
    Dissertar ´ desenvolver uma id´ia, uma opini˜o, um conceito ou tese sobre
              e                      e              a
um determinado assunto. Como outras formas de reda¸˜o, a disserta¸˜o se ap´ia
                                                        ca           ca        o
em alguns elementos: introdu¸˜o, desenvolvimento e conlus˜o.
                                ca                                 a
    A introdu¸˜o deve apresentar, de maneira clara, o assunto que ser´ tratado
              ca                                                        a
e delimitar as quest˜es referentes a ele que ser˜o abordadas. Neste momento
                     o                            a
pode-se formular uma tese, que dever´ ser discutida e provada no texto, propor
                                       a
uma pergunta, cuja resposta dever´ constar no desenvolvimento e explicitada na
                                    a
conclus˜o.
         a
    O desenvolvimento ´ a parte do texto em que as id´ias, pontos de vista, con-
                        e                               e
ceitos, informa¸˜es de que se disp˜e ser˜o desenvolvidas, desenroladas e avaliadas
                co                o     a
progressivamente.
    A conclus˜o ´ o momento final do texto, e dever´ apresentar um resumo forte
              a e                                     a
de tudo o que j´ foi dito, expondo uma avalia¸˜o final do assunto discutido.
                 a                             ca


1.2    Disserta¸˜o em matem´tica
               ca          a
    Quando resolvemos um exerc´  ıcio ou um problema de matem´tica, por e-
                                                                   a
xemplo, estamos tamb´m dissertando; estamos convencedo o leitor de que nosso
                       e
racioc´
      ınio est´ correto. De forma an´loga, vamos estabelecer os conceitos de
              a                       a
introdu¸˜o, desenvolvimento e conclus˜o, vistos na se¸˜o anterior.
        ca                            a              ca
    A introdu¸˜o deve apresentar as vari´veis utilizadas no texto, bem como a
              ca                        a
                                                              ´
que conjuntos pertencem e o que representam no problema. E claro que exis-


                                        7
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                              8


tem v´rias formas de fazer uma introdu¸˜o: veremos basicamente duas formas,
      a                                 ca
posteriormente.
    O desenvolvimento ´ a parte do texto em que as id´ias devem ser trabalhadas
                       e                             e
atrav´s da l´gica, dos dados do problema e da simbologia matem´tica. Esta ´
     e      o                                                      a           e
a parte mais complexa do texto matem´tico, por isso n˜o exibiremos aqui um
                                        a                a
m´todo e, sim, resolveremos alguns problemas e comentaremos alguns t´picos
  e                                                                       o
mais relevantes.
    A conclus˜o ´ parte mais simples, finalizamos o texto explicitando a resposta
              a e
do problema, ou o que quer´
                          ıamos provar numa demonstra¸˜o de uma proposi¸˜o.
                                                         ca                 ca
    Daqui por diante, quando mencionarmos a palavra disserta¸˜o, estamos na
                                                                ca
verdade nos referindo a disserta¸˜o em matem´tica.
                                 ca              a


1.3    Simbologia
    Muita gente se pergunta: ”Por que devemos utilizar os s´     ımbolos quando
redigimos um texto matem´tico?”. A resposta para esta pergunta ´ bastante
                            a                                          e
simples, utilizamos s´
                     ımbolos para escrever um texto de uma forma mais compacta
e concentramos nossos esfor¸os nos racioc´
                            c              ınios, mais do que nas palavras em si.
    Tome cuidado com o exagero em sua utiliza¸˜o, pois os textos em geral ficam
                                                 ca
carregados com o uso excessivo da simbologia, e nesse caso ficar˜o cansativos de
                                                                 a
serem lidos.
    Vejamos agora alguns dos principais s´ ımbolos matem´ticos:
                                                          a

   • N: N´meros naturais.
         u

   • Z: N´meros inteiros.
         u

   • Q: N´meros racionais.
         u

   • I ou R-Q: N´meros irracionais.
                u

   • R: N´meros reais.
         u

   • C: N´meros Complexos.
         u

   • ∈ : Pertence

   • ⊂: Contido

   • ⊃: Cont´m
            e

   • ⇒: Implica

   • ∴ : Portanto

   • ∃ : Existe

   • ∀ : Para todo, ou ”para qualquer”.

    Caso vocˆ n˜o conhe¸a o emprego correto destes s´
            e a         c                            ımbolos, n˜o tente sim-
                                                               a
plesmente memoriz´-los, eles aparecem natulmente no estudo da matem´tica do
                  a                                                  a
ensino fundamental e m´dio, e alguns deles ser˜o comentados no cap´
                       e                      a                     ıtulo 2:
L´gica matem´tica.
 o             a
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                               9


1.4     Estrutura dissertativa
    Assim como existem muitas maneiras de escrever um texto, uma introdu¸˜o,
                                                                          ca
o mesmo ocorre para o desenvolvimento e a conclus˜o. Na verdade mostraremos
                                                 a
as maneiras mais comuns, na matem´tica, para tratar da resolu¸˜o de exerc´
                                  a                          ca          ıcios
e problemas.

1.4.1   Introdu¸˜o
               ca
     Como foi dito anteriormente, devemos exibir as vari´veis do problema: para
                                                         a
isto, uma maneira batante simples ´ nomear as vari´veis colocando dois pontos
                                     e                a
(:) na frente delas e explicando o que representam. Esta forma n˜o ´ nada rigo-
                                                                  a e
rosa, pois n˜o dizemos, necessariamente, a que conjunto pertencem as vari´veis,
            a                                                             a
por exemplo, mas para exerc´   ıcios de sistemas lineares, ´ uma forma bastante
                                                           e
pr´tica, pois j´ sabemos, pelo contexto do problema, a que conjunto as vari´veis
   a           a                                                           a
pertencem.
     Vejamos o exemplo abaixo, que mostra a utiliza¸˜o deste formato de in-
                                                        ca
trodu¸˜o.
      ca
                  ˜
Exemplo 1.4.1 Joao entrou na lanchonete BOG e pediu 3 hambur-   ´
gueres, 1 suco de laranja e 2 cocadas, gastando R$21,50. Na mesa ao
                                       ´
lado,algumas pessoas pediram 8 hamburgueres, 3 sucos de laranja
e 5 cocadas, gastando R$ 57,00. Sabendo-se que o preco de um
                                                          ¸
     ´
hamburguer, mais o de um suco de laranja, mais o de uma cocada
totaliza R$ 10,00, calcule o preco de cada um desses itens.
                                 ¸

   A introdu¸˜o ser´ feita da seguinte maneira:
            ca     a

   x: quantitade de hamburgueres

   y: quantitade de sucos de laranja

   z: quantitade de cocadas


    No texto fica bem claro que x,y,z ∈ N, (x, y e z s˜o n´meros naturais), por
                                                       a u
isso foi omitido na introdu¸˜o, mas em textos mais rigorosos, existe a necessidade
                           ca
desta informa¸˜o, por isso adotaremos, sempre, uma maneira mais rigorosa para
               ca
fazer uma introdu¸˜o.
                   ca
    Uma outra forma de fazer a introdu¸˜o, seria utilizando a palavra ”seja”,
                                          ca
para dizer quem s˜o as vari´veis do problema, logo em seguida a que conjuntos
                   a         a
elas pertencem e o que representam no problema. Veja o exemplo abaixo:

Exemplo 1.4.2 Ainda no problema do exemplo 1.4.1, a introdu¸˜o poder´ ser
                                                           ca       a
feita da seguinte maneira:

   Sejam x, y, z ∈ N, que representam respectivamente, quantidade de hambur-
gueres, de sucos de laranja e cocadas.
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                           10


    Este formato ´ muito mais formal e completo, como j´ foi dito, mas caso o
                  e                                     a
leitor n˜o se sentiu muito ` vontade em utiliz´-lo, daremos a seguir mais um
        a                  a                  a
exemplo de sua utiliza¸˜o.
                      ca

Exemplo 1.4.3 Como resultado de uma pesquisa sobre a relacao en-¸˜
tre o comprimento do pe de uma pessoa, em cent´
                           ´                                     ´
                                                   ımetros, e o numero
                                                           ´
(tamanho) do calcado brasileiro, Carla obteve uma formula que
                      ¸
 ´         ´         ´
da, em media, o numero inteiro n (tamanho do calcado) em funcao
                                                       ¸           ¸˜
                           ´               ´
do comprimento c, do pe, em cm. Pela formula, tem-se n = [x], onde
    5
x = 4 c + 7 e [x] indica o menor inteiro maior ou igual a x. Por exem-
                         ˜
plo, se c = 9 cm, entao x = 18, 25 e n = [18, 25] = 19. Com base nessa
 ´
formula,


                   ´                                    ´
  a) determine o numero do calcado correspondente a um pe cujo
                              ¸
                  ´
     comprimento e 22 cm.
                             ´                 ´               ˜
  b) se o comprimento do pe de uma pessoa e c = 24 cm, entao ela
     calca 37. Se c > 24 cm, essa pessoa calca 38 ou mais. Determine
        ¸                                    ¸
     o maior comprimento poss´                               ´
                                ıvel, em cm, que pode ter o pe de uma
     pessoa que calca 38.
                    ¸

   Sejam x ∈ R∗ e n ∈ N, como no enunciado.
              +

    Desta vez, de uma forma mais resumida, dizemos simplesmente que as vari´veis
                                                                           a
s˜o da mesma forma como no enunciado, j´ que no problema estava bem explicito
 a                                      a
o que x e c representavam.

1.4.2   Desenvolvimento
   Chegamos, agora, na parte mais trabalhosa da disserta¸˜o e o mais impor-
                                                          ca
tante ´ tentar escrever seu texto numa forma l´gica sequencial, caso contr´rio,
      e                                       o                           a
tornaremos a leitura do exerc´ uma verdadeira ca¸a ao tesouro.
                              ıcio                 c

   Prosseguiremos na resolu¸˜o dos exemplos vistos no t´pido introdu¸˜o.
                           ca                          o            ca

Exemplo 1.4.4 Pelo exemplo 1.4.1, t´
                                   ınhamos conclu´ que:
                                                 ıdo

   x: quantitade de hamburgueres

   y: quantitade de sucos de laranja

   z: quantitade de cocadas

   Ent˜o,
      a     do enunciado, temos o seguinte sistema linear:
   
    3x     + y + 2z = 21, 50
     8x     + 3y + 5z = 57
   
      x     + y + z =   10
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                                  11


   Pela regra de Crammer, temos:

                                   21, 5 1 2
                                    57 3 5
                                    10 1 1           4
                            x=                   =     = 4,
                                      3 1 2          1
                                      8 3 5
                                      1 1 1
            3 21, 5 2                                3 1 21, 5
            8 57 5                                   8 3 57
            1 10 1              2, 5                 1 1 10          3, 5
       y=                   =        = 2, 5 e z =                =        = 3, 5
              3 1 2              1                    3 1 2           1
              8 3 5                                   8 3 5
              1 1 1                                   1 1 1

Faremos algumas observa¸˜es sobre o texto acima:
                       co

  1. Utilizamos poucos s´
                        ımbolos na resolu¸˜o.
                                         ca

  2. Escrevemos o texto de forma objetiva, omitimos alguns c´lculos.
                                                            a
     Ex: N˜o escrevemos passo a passo os c´lculos dos determinantes.
           a                               a

  3. Citamos a Regra de Crammer, pois a utilizamos na resolu¸˜o.
                                                            ca

   Faremos a resolu¸˜o de outro exemplo iniciado no t´pico introdu¸˜o.
                   ca                                o            ca

Exemplo 1.4.5 Pelo exemplo 1.4.3, temos:


  a) Pela f´rmula dada, temos:
           o
                                      5
                                 x=     · 22 + 7 ⇒ x = 34, 5
                                      4
                                           ∴ n = 35

  b) Podemos escrever a desigualdade:
                                           5
                                    37 ≤     · c + 7 ≤ 38
                                           4
     Resolvendo, temos:
                                        5
                                       30 ≤
                                          · c ≤ 31
                                        4
                                     4           4
                            24 = 30 · ≤ c ≤ 31 · = 24, 8
                                     5           5
     Portanto, c = 24, 8.

   Faremos algumas observa¸˜es sobre o texto acima:
                          co

  1. Utilizamos alguns s´
                        ımbolos na resolu¸˜o.
                                         ca
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                           12


  2. Escrevemos o texto de forma objetiva e omitimos alguns c´lculos.
                                                             a
     Ex: N˜o escrevemos passo a passo os c´lculos nas desigualdades.
           a                               a

  3. Em x = 5 ·22+7 ⇒ x = 34, 5 , poder´
             4                           ıamos ter escrito x = 5 ·22+7 = 34, 5,
                                                               4
     sem a utiliza¸˜o do s´
                  ca      ımbolo de implica¸˜o (⇒). Note que os s´
                                           ca                      ımbolos “⇒”
     e “=” n˜o s˜o usados com as mesmos significados, em geral. Pense por
             a a
     quˆ.
       e

1.4.3     Conclus˜o
                 a
   Como j´ dissemos anteriormente, esta ´ parte mais simples do texto, uma
           a                               e
vez que a resolu¸˜o esteja feita, de forma clara, devemos destacar, no caso de
                ca
um exerc´ ou problemas a sua resposta, ou, no caso de uma demonstra¸˜o, o
         ıcio                                                           ca
que quer´
        ıamos demonstrar.
    ´
   E importante sempre indicar as unidades de medida da vari´vel utilizada.
                                                                a
Vejamos, agora, alguns exemplos mostrando como devemos proceder.

Exemplo 1.4.6 Pelo exemplo 1.4.4, temos:
   Logo o pre¸o do hamburguer ´ R$ 4,00, o do suco de laranja ´ R$ 2,50 e o
             c                e                               e
da cocaca ´ R$ 3,50.
          e

Exemplo 1.4.7 Pelo exemplo 1.4.5, temos:

  a) Portanto o n´mero do cal¸ado ser´ 35.
                 u           c       a

  b) Portanto, o maior tamanho de p´ ser´ 24, 8 cm.
                                   e    a

    Nas provas de vestibular, em geral, devemos ainda explicitar, no final da
resolu¸˜o, todas as respostas de cada item de forma resumida. Vejamos como
      ca
ficariam os exemplos anteriores com este formato.

Exemplo 1.4.8 Pelo exemplo 1.4.4, temos:
Logo o pre¸o do hamburguer ´ R$ 4,00, o do suco de laranja ´ R$ 2,50 e o da
          c                e                               e
cocaca ´ R$ 3,50.
       e


   Respostas: R$4,00, R$2,50 e R$3, 50

Exemplo 1.4.9 Pelo exemplo 1.4.5, temos:

  a) Portanto o n´mero do cal¸ado ser´ 35.
                 u           c       a

  b) Portanto o maior tamanho de p´ ser´ 24, 8 cm.
                                  e    a


Respostas:

  a) 35

  b) 24,8 cm
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                                13


1.5     Modelos de disserta¸˜o
                           ca
    Trataremos, aqui, do tipo de disserta¸˜o que interessa ao aluno do Ensino
                                         ca
M´dio. Em especial, daremos nesta se¸˜o uma contextualiza¸˜o para a formali-
  e                                  ca                     ca
za¸˜o do texto.
  ca

1.5.1   A disserta¸˜o escolar
                  ca
    O aluno de Ensino M´dio, principalmente o vestibulando, depara-se com uma
                         e
grande dificuldade de elaborar textos matem´ticos. A express˜o das id´ias ´ algo
                                              a                a        e e
a ser conquistado, e em geral, o aluno precisa adquirir uma certa maturidade para
expressar suas id´ias de forma t˜o precisa.
                 e                a

    Apesar de tratarmos aqui de alguns aspectos da cria¸˜o de textos, sabemos
                                                        ca
o esfor¸o que o aluno ter´ para aprender a escrever uma disserta¸˜o, ao longo de
       c                 a                                      ca
toda a sua forma¸˜o escolar
                  ca

1.5.2   “Receita” para um texto dissertativo
    Considerando toda a formaliza¸˜o apresentada at´ aqui, observe a s´
                                  ca                e                 ıntese das
principais id´ias de como elaborar um texto dissertativo.
             e

   • Como come¸ar?
                c
     Leia atentamente e interprete o enunciado.

   • Como elaborar?
     Comece dizendo quais s˜o as vari´veis do problema, bem como a qual
                             a       a
     conjunto elas pertencem.

   • Como argumentar?
     Seja claro e siga uma sequencia l´gica no desenvolvimento, utilizando de
                                      o
     forma moderada a simbologia matem´tica.
                                          a

   • Como concluir?
     Para concluir, interprete o rac´
                                    ıocinio desenvolvido e escreva a resposta.

Etapas para elaborar uma disserta¸˜o
                                 ca
  1. Ler atentamente o tema e refletir sobre o assunto.

  2. Fazer um esbo¸o do encadeamento das id´ias.
                  c                        e

  3. Ler o texto, submetendo-o a uma avalia¸˜o cr´
                                           ca    ıtica.

  4. Pass´-lo a limpo.
         a

Orienta¸˜o para elaborar uma disserta¸˜o
       ca                            ca
   • Seu texto deve apresentar introdu¸˜o, desenvolvimento e conclus˜o.
                                      ca                            a

   • Redija na 3o pessoa do singular ou do plural, ou ainda na 1o pessoa do
     plural. Por exemplo:
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                            14


         ◦ Sejam a, b, c vari´veis . . .
                             a
         ◦ Sabemos que a2 = b2 + c2 . . .
         ◦ Tome f (x) = x2 . . .
         ◦ Desta forma obtemos o polinˆmio p(x) = x2 − 1 . . .
                                      o

   • Se n˜o souber resolver o exerc´
         a                         ıcio, n˜o tente inventar teorias matem´ticas
                                          a                              a
     para aparentar resolvˆ-lo.
                          e

   • N˜o construa frases embromat´rias. Verifique se as palavras e s´
      a                           o                                ımbolos
     empregados s˜o fundamentais e informativos.
                 a

   • N˜o utilize s´
      a           ımbolos em demasia; isso pode tornar seu texto enfadonho.

   • Observe se h´ repeti¸˜o de id´ias, falta de clareza e constru¸˜es sem nexo.
                 a       ca       e                               co

   • Verifique se os argumentos utilizados s˜o convincentes.
                                           a

   • Tente citar os nomes dos principais teoremas e resultados da teoria que
     est´ utilizando, isso enriquece o texto, mas cuidado para n˜o utiliz´-los
        a                                                       a        a
     erroneamente.

   • N˜o utilize abrevia¸˜es das palavras usuais sa L´
       a                  co                            ıngua Portuguesa: vocˆ
                                                                             e
     corre o risco do leitor n˜o enterder o que quer dizer.
                              a

1.5.3     Exemplos de textos dissertativos - Exerc´
                                                  ıcios de vestibular
Exerc´ ıcio 1.5.1 Em uma determinada residˆncia, o consumo mensal de ´gua
                                              e                            a
com descarga de banheiro corresponde a 33% do consumo total e com higiene
pessoal, 25% do total. No mˆs de novembro foram consumidos 25 000 litros de
                             e
´gua no total e, da quantidade usada pela residˆncia nesse mˆs para descarga de
a                                               e           e
banheiro e higiene pessoal, uma adolescente, residente na casa, consumiu 40%.
Determine a quantidade de ´gua, em litros, consumida pela adolescente no mˆs
                            a                                                e
de novembro com esses dois itens: descarga de banheiro e higiene pessoal.

   Resolu¸˜o: Sejam Qd , Qh e Qa , respectivamente, as quantidades de descarga
           ca
de banheiro, higiene pessoal e total de ´gua consumida, por essa adolescente.
                                        a
Temos:

        Qd = 25% · 25000 = 6250
        Qh = 33% · 25000 = 8250
   Logo, Qa = (40% · Qd ) + (40% · Qh ) = (40% · 6250) + (40% · 8250) =

   = 2500 + 3300 = 5800

    Portanto a adolescente gastou 2500 litros com descarga, 3300 litros com
higiene pessoal, somando no total 5800 litros.

   Resposta: 2500 litros, 3300 litros e 5800 litros
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                            15


Exerc´ ıcio 1.5.2 Uma empresa pretende, no ano de 2006, reduzir em 5% a
produ¸˜o de CO2 com a queima de combust´ de sua frota de carros, diminuindo
      ca                                   ıvel
a quantidade de quilˆmetros a serem rodados no ano. O total de quilˆmetros ro-
                      o                                            o
dados pelos carros dessa empresa em 2005 foi de 199 200 km. Cada carro faz
em m´dia 12 km por litro de gasolina, e a queima de cada 415 litros desse com-
      e
bust´ pelos carros da empresa produz aproximadamente uma tonelada de CO2 .
    ıvel
Mantidas as mesmas condi¸˜es para os carros, em termos de consumo e queima
                            co
de combust´ ıvel, determine quantas toneladas a menos de CO2 os carros da em-
presa deixariam de emitir em 2006, relativamente ao ano de 2005.

   Resolu¸˜o: Sejam Ql e Qt , respectivamente, a quantidade de combust´
            ca                                                             ıvel,
em litros, em 2005, e a quantidade, em toneladas, de CO2 produzida pela queima
desse combust´ ıvel, ent˜o:
                        a
                                 199200
                             Ql =        = 16600
                                   12
                                   16600
                              Qt =        = 40
                                     415
Portanto os carros deixariam de emitir 5% de 40t, que ´ igual a 2t.
                                                      e

   Resposta: 2t (ou 2 toneladas)

Exerc´ ıcio 1.5.3 Seja x o n´mero de anos decorridos a partir de 1960 (x = 0).
                             u
A fun¸˜o y = f (x) = x+320 fornece, aproximadamente, a m´dia de concentra¸˜o
      ca                                                 e                ca
de CO2 na atmosfera em ppm (partes por milh˜o) em fun¸˜o de x. A m´dia de
                                             a          ca             e
varia¸˜o do n´
      ca       ıvel do mar, em cm, em fun¸ao de x, ´ dada aproximadamente
                                          c˜         e
pela fun¸˜o g(x) = x . Seja h a fun¸˜o que fornece a m´dia de varia¸˜o do
         ca            5              ca                 e             ca
n´ do mar em fun¸˜o da concentra¸˜o de CO2 . No diagrama seguinte est˜o
 ıvel                 ca             ca                                    a
representadas as fun¸˜es f , g e h.
                      co
                                            g
                                       T         / MV
                                                   <
                                            h zzzz
                                      f
                                            zz
                                         zz
                                       C

T : tempo (anos)
M V : M´dia da varia¸˜o do n´ do mar(cm)
        e           ca      ıvel
C: Concentra¸˜o de CO2 (ppm)
             ca

   Determine a express˜o de h em fun¸˜o de y e calcule quantos cent´
                      a             ca                             ımetros o
n´ do mar ter´ aumentado quando a concentra¸˜o de CO2 na atmosfera for
 ıvel          a                               ca
de 400 ppm.

    Resolu¸˜o: Sejam f , g e h, como no enunciado,
            ca
e seja ainda p : R −→ R, tal que, y → p(y).
Sabemos que:
    y = f (x) = x + 320, ent˜o x = y − 320. Tome p(y) = y − 320, logo
                            a
                                                1
                    h(y) = g ◦ p(y) =⇒ h(y) =     · (y − 320)
                                                5
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                            16

                     400 − 320
   Ent˜o: h(400) =
      a
                         5
   O n´ do mar ter´ subido 16cm.
      ıvel        a

                        1
   Resposta: h(y) =     5   · (y − 320) e 16 cm

Exerc´
     ıcio 1.5.4 Considere a matriz
                                                      
                                 x 1 x
                          A= 0 x 1−               x
                                                   2
                                                       
                                 2 0 x

O determinante de A ´ um polinˆmio p(x).
                    e         o

  a) Verifique se 2 ´ uma raiz de p(x).
                   e

  b) Determine todas as ra´
                          ızes de p(x).

Resolu¸ao:
      c˜

  a) Seja A como no enunciado, como o determinante de A ´ p(x), ent˜o
                                                        e          a
     p(x) = x3 − 2x2 − x + 2.
     Logo
                              p(2) = 8 − 8 − 2 + 2 = 0
     Portanto 2 ´ raiz de p(x).
                e

  b) Pelo item a, 2 ´ raiz de p(x)
                    e
     Utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini, temos:

                                     2   1   -2   -1   2
                                         1    0   -1   0

     Desta forma obtemos o polinˆmio p(x) = x2 − 1, cujo as ra´
                                o                             ızes s˜o: ±1.
                                                                    a

     Ent˜o S = {−1, 1, 2}
        a

   Respostas:

  a) 2 ´ raiz de p(x)
       e

  b) -1,1 e 2.

Exerc´ ıcio 1.5.5 Um polinˆmio de grau 3 possui trˆs ra´
                          o                       e    ızes reais que, colocadas
em ordem crescente, formam uma progress˜o aritm´tica em que a soma dos
                                           a        e
termos ´ igual a 9 . A diferen¸a entre o quadrado da maior raiz e o quadrado
        e         5           c
da menor raiz ´ 24 . Sabendo-se que o coeficiente do termo de maior grau do
                e 5
polinˆmio ´ 5, determine
     o     e

  a) a progress˜o aritm´tica.
               a       e

  b) o coeficiente do termo de grau 1 desse polinˆmio.
                                                o
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                                 17


 Resolu¸ao:
       c˜

  a) Sejam a − r, a e a + r as trˆs ra´
                                 e    ızes em progress˜o aritm´tica com r  0,
                                                      a       e
     temos, pelo enunciado:
                                                      
                                               9
                                                       a = 3
                                                      
         a−r      +     a      + a+r = 5                        5
                                     24           =⇒
        (a + r)2 − (a − r)2 =         5               
                                                      
                                                         r = 2
      Logo a progress˜o aritm´tica ser´:
                     a       e        a
                                           7 3 13
                                          − , e
                                           5 5  5

  b) Pelo enunciado, temos P (x) = a3 x3 + a2 x2 + a1 x + 5. Pelas rela¸oes de
                                                                       c˜
     Girard, temos:

                      a2        7 3       7 13             3 13        73
                         =     − ·     + − ·           +    ·     =−
                      5         5 5       5 5              5 5          5

Respostas:

  a) − 7 , 3 e
       5 5
                 13
                  5

  b) − 73
       5

Exerc´ıcio 1.5.6 Em uma progress˜o aritm´tica a1 , a2 , . . . , an . . . a soma dos n
                                 a        e
primeiros termos ´ dada por Sn = bn
                  e                2 + n sendo b um n´mero real. Sabendo-se
                                                         u
que a3 = 7 , determine

  a) o valor de b e a raz˜o da progress˜o aritm´tica.
                         a             a       e

  b) o 20o termo da progress˜o.
                            a

  c) a soma dos 20 primeiros termos da progress˜o.
                                               a

 Resolu¸ao:
       c˜

  a) Admitindo que Sn = bn2 + n ´ v´lida, ent˜o:
                                e a          a
                                                                            6
                 7 = a3 = S3 − S2 = b22 + 2 − b32 − 3 = 5b + 1 =⇒ b =
                                                                            5
                                                           6     23
                             a2 = S2 − S1 = 3b + 1 = 3 ·     +1=
                                                           5      5
      Portanto a raz˜o ser´:
                    a     a
                                                       23   12
                                   r = a3 − a2 = 7 −      =
                                                       5     5

  b) Temos que
                                                                        6   239
            a20 = S20 − S19 = b202 + 20 − b192 − 19 = 39b + 1 = 39 ·      =
                                                                        5    5
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                              18


  c) Utilizando a express˜o fornecida pelo enunciado, temos:
                         a

                              S20 = b202 + 20 = 500

Respostas:
           6     12
  a) b =     er=
           5      5
             239
  b) a20 =
              5
  c) S20 = 500
CAP´                 ¸˜
   ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO                                           19


1.6   Exerc´
           ıcios propostos
 1. Sejam a e b n´meros inteiros e seja N(a, b) a soma do quadrado da diferen¸a
                 u                                                           c
    entre a e b com o dobro do produto de a por b.

      a) Calcule N(3, 9).
      b) Calcule N(a, 3a) e diga qual ´ o algarismo final de N(a, 3a) para
                                      e
         qualquer a ∈ Z.

 2. Em Matem´tica, um n´mero natural a ´ chamado pal´
               a           u               e           ındromo se seus al-
    garismos, escritos em ordem inversa, produzem o mesmo n´mero. Por
                                                             u
    exemplo, 8, 22 e 373 s˜o pal´
                          a     ındromos. Pergunta-se:

      a) Quantos n´meros naturais pal´
                  u                  ındromos existem entre 1 e 9 999?
      b) Escolhendo-se ao acaso um n´mero natural entre 1 e 9 999, qual ´ a
                                      u                                  e
         probabilidade de que esse n´mero seja pal´
                                    u             ındromo? Tal probabilidade
         ´ maior ou menor que 2%? Justifique sua resposta.
         e

 3. Se Am´lia der R$ 3,00 a L´cia, ent˜o ambas ficar˜o com a mesma quantia.
          e                  u        a             a
    Se Maria der um ter¸o do que tem a L´cia, ent˜o esta ficar´ com R$ 6,00
                        c                 u       a          a
    a mais do que Am´lia. Se Am´lia perder a metade do que tem, ficar´ com
                     e           e                                  a
    uma quantia igual a um ter¸o do que possui Maria. Quanto possui cada
                               c
    uma das meninas Am´lia, L´cia e Maria?
                          e    u

 4. Sejam a e b dois n´meros inteiros positivos tais que mdc(a, b) = 5 e o
                      u
    mmc(a, b) = 105.

      a) Qual ´ o valor de b se a = 35?
              e
      b) Encontre todos os valores poss´
                                       ıveis para (a, b).

 5. Dada a equa¸˜o polinomial com coeficientes reais
               ca

                              x3 − 5x2 + 9x − a = 0

      a) Encontre o valor num´rico de a de modo que o n´mero complexo 2 + i
                              e                        u
         seja uma das ra´
                        ızes da referida equa¸ao.
                                             c˜
      b) Para o valor de a, encontrado no item anterior, determine as outras
         duas ra´
                ızes da mesma equa¸˜o.
                                   ca
Cap´
   ıtulo 2

L´gica matem´tica
 o          a

   O objetivo deste cap´
                       ıtulo ´ mostrar a importˆncia da l´gica matem´tica tanto
                             e                 a         o          a
na demonstra¸˜o de teoremas quanto na leitura de enunciados e produ¸˜es de
             ca                                                         co
textos.



2.1      Defini¸oes gerais
              c˜
Defini¸˜o 2.1.1 Uma proposi¸˜o ´ todo o conjunto de palavras ou s´
       ca                   ca e                                ımbolos
que exprimem um pensamento de sentido completo.

Exemplo 2.1.1 Vejamos agora alguns exemplos de proposi¸˜es.
                                                      co

  a) A Lua ´ um Sat´lite da Terra.
           e       e

  b) Recife ´ a Capital de Pernambuco.
            e

  c) 5 ´ a raiz quadrada de 25.
       e

  d) 9 = 2 · 4 + 1

Defini¸˜o 2.1.2 Chamam-se conectivos palavras que se usam para formar no-
       ca
vas proposi¸˜es a partir de outras.
           co

   Estudaremos apenas os conectivos:

  a) e

  b) ou

  c) N˜o
      a

  d) Se, ent˜o
            a

  e) Se, e somente se

Pois s˜o os mais utilizados em l´gica matem´tica.
      a                         o          a

Exemplo 2.1.2 Vejamos alguns exemplos de proposi¸˜es formadas por outra
                                                     co
proposi¸˜es utilizando os conectivos listados acima.
       co

                                       20
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                                21


  a) O n´mero 6 ´ par e o n´mero 8 ´ cubo perfeito.
        u       e          u       e

  b) O triˆngulo ABC ´ retˆngulo ou ´ is´sceles.
          a          e    a         e o

  c) N˜o est´ chovendo.
      a     a

  d) Se Jorge ´ Policial, ent˜o ele tem arma.
              e              a

  e) O triˆngulo ABC ´ eq¨il´tero se, e somente se ´ eq¨iˆngulo.
          a          e u a                         e ua


2.2     Princ´
             ıpios da l´gica matem´tica
                       o          a
   Enunciaremos aqui os dois prnc´
                                 ıpios da l´gica matem´tica.
                                           o          a

2.2.1   N˜o contradi¸˜o
         a          ca
   Uma proposi¸˜o n˜o pode ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo.
              ca a

2.2.2   Terceiro exclu´
                      ıdo
   Toda proposi¸˜o ou ´ verdadeira ou ´ falsa, isto ´, verifica-se sempre um
                 ca     e             e             e
destes casos e nunca um terceiro.


2.3     Proposi¸oes do tipo “se A, ent˜o B”
               c˜                     a
    Encontra-se com freq¨ˆncia um tipo de proposi¸˜o importante em Matem´tica:
                        ue                       ca                     a
as proposi¸˜es da forma se A, ent˜o B, onde, A e B s˜o proposi¸˜es. Note que
          co                     a                    a         co
formamos esta proposi¸˜o utilizando o conectivo Se, ent˜o, mostrado anterior-
                       ca                               a
mente. Esta comumente chamada de “implica¸˜o l´gica”.
                                             ca o

Exemplo 2.3.1 Os exemplos a seguir ser˜o utilizados em todo cap´
                                      a                        ıtulo.
       ¸˜
Proposicao 2.3.1 Se m e n s˜o inteiros pares, ent˜o o produto ´ um inteiro
                           a                     a            e
par.

        ¸˜                      ımpar, ent˜o m = 2k 2 + 1 , para algum
Proposicao 2.3.2 Se m ´ inteiro ´
                      e                   a
n´mero inteiro k.
 u

Na proposi¸˜o 2.3.1, A ´ a proposi¸˜o ”m e n s˜o inteiros pares”, e B ´ a
            ca            e          ca       a                       e
proposi¸˜o ”produto m · n ´ um inteiro par”.
       ca                 e

   Na proposi¸˜o 2.3.2, A ´ a senten¸a ”m ´ inteiro ´
                ca          e         c       e     ımpar”, e B ´ a senten¸a
                                                                e         c
”m = 2k 2 + 1, para algum n´ mero inteiro k.”
                           u

   A partir de agora, chamaremos A de hip´tese e B de Tese.
                                         o

   Analisando as proposi¸˜es acima, o leitor pode se perguntar: ”As proposi¸˜es
                        co                                                  co
acima sempre s˜o verdadeiras?”, ou ainda: ”Proposi¸˜es do tipo se A, ent˜o B s˜o
              a                                    co                   a     a
sempre verdadeiras?”. A resposta para essas perguntas ´ n˜o, vejamos quando
                                                        e a
uma proposi¸˜o deste tipo ´ verdadeira.
           ca             e
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                               22


       Uma proposi¸˜o ”Se A, ent˜o B”´ verdadeira quando em todas
                   ca            a     e
             as situa¸˜es nas quais a hip´tese seja verdadeira
                      co                 o
                       a tese tamb´m seja verdadeira.
                                  e



   Ent˜o podemos concluir que uma proposi¸˜o ”Se A, ent˜o B”´ falsa quando
        a                                  ca            a     e
em pelo menos uma situa¸˜o a hip´tese seja verdadeira a tese seja falsa. Neste
                         ca       o
caso, dizemos que a proposi¸˜o possui um contra-exemplo, ou seja, um exemplo
                           ca
que mostra que a proposi¸˜o ´ falsa.
                        ca e
   Vejamos, abaixo, um contra-exemplo para a proposi¸˜o 2.
                                                     ca

                                                    e ımpar e 5 = 2k 2 +1,
Exemplo 2.3.2 Tome o inteiro 5, sabemos que o mesmo ´ ´
para qualquer que seja k. (Experimente!)

         Cuidado: Enquanto um s´ contra-exemplo permite concluir
                                o
                       que uma proposi¸˜o ´ falsa,
                                       ca e
                     n˜o basta exibir exemplos para
                      a
               mostrar que uma proposi¸˜o seja verdadeira.
                                       ca

   Mais adiante veremos como mostrar quando uma proposi¸˜o ´ verdadeira,
                                                         ca e
mas vejamos primeiro como podemos reformular uma proposi¸˜o deste tipo.
                                                        ca
   • A implica B.

   • A =⇒ B.

   • Se A for verdadeira, ent˜o B ser´ verdadeira.
                             a       a

   • A ´ uma condi¸˜o suficiente para B
       e          ca

   • B ´ uma condi¸˜o necess´ria para A.
       e          ca        a


2.4    A rec´
            ıproca de uma proposi¸˜o
                                 ca
   Considere uma proposi¸˜o do tipo “Se A‘, ent˜o B”, a proposi¸˜o “Se B,
                         ca                       a            ca
ent˜o A” ´ dita ser a rec´
   a      e              ıproca da proposi¸˜o inicial.
                                          ca

Exemplo 2.4.1

    Se a proposi¸˜o ´ verdadeira n˜o significa que a rec´
                 ca e              a                   ıproca seja verdadeira e
vice-versa, por isso estudaremos o caso quando ambas s˜o verdadeiras.
                                                       a


2.5    Proposi¸oes do tipo “A se, e somente se B”
              c˜
    Como foi dito anteriormente, se tivermos que uma proposi¸˜o e sua rec´
                                                            ca           ıproca
sejam ambas verdadeiras, ent˜o teremos uma proposi¸˜o “A se, e somente se B”.
                            a                       ca
    De forma an´loga, mostraremos as formas equivalentes de enunciar este tipo
                a
de proposi¸˜o.
          ca

   • A implica B e reciprocamente
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                               23


   • A ⇐⇒ B

   • A ´ verdadeira se, e somente se, B for verdadeira
       e

   • A ´ uma condi¸˜o necess´ria e suficiente para B
       e          ca        a

   • A e B s˜o equivalentes.
            a

            Uma proposi¸˜o “A se, e somente se B” ´ verdadeira
                        ca                         e
         quando “Se A, ent˜o B” e “Se B, ent˜o A” s˜o verdadeiras..
                          a                 a      a

   Observa¸˜o: Se tivermos, por exemplo, duas defini¸˜es equivalentes, ent˜o
           ca                                        co                  a
deveremos mostrar que a primeira implica na segunda e a segunda na primeira.


2.6     Nega¸˜o de uma Proposi¸˜o
            ca                ca
   Ser´ de extrema importˆncia o conceito de nega¸˜o de uma proposi¸˜o, n˜o
       a                     a                      ca                 ca    a
que isso ir´ de fato mudar sua vida, mas geralmente muitos alunos cometem erros
           a
quando tentam negar proposi¸˜es. Denotaremos a nega¸˜o de uma proposi¸˜o
                               co                        ca                 ca
P por n˜o P , ou simplesmente por ∼ P .
         a


Exemplo 2.6.1 ”Rodrigo n˜o ´ cantor.” ´ a nega¸˜o da proposi¸˜o ”Rodrigo ´
                        a e           e       ca            ca           e
cantor.”

2.6.1   Nega¸˜o de conectivos
            ca
   Quando negamos uma proposi¸˜o nossa intui¸˜o falha quando tentamos negar
                                ca          ca
conectivos. Vejamos como fazer isso.

  1. N˜o “e” = “ou”
      a

  2. N˜o “ou” = “e”
      a

  3. N˜o “Para todo” = “Existe”
      a

  4. “N˜o Existe” = “Para todo”
       a

   Vejamos alguns exemplo de nega¸˜es de proposi¸˜es
                                 co             co

Exemplo 2.6.2 Vamos negar as proposi¸˜es abaixo:
                                    co
  a) Eu tenho um carro.

  b) Renato ´ aluno e mecˆnico.
            e            a

  c) Para toda tampa existe uma panela.
Ent˜o a nega¸˜o ser´:
   a        ca     a
  a) Eu n˜o tenho um carro.
         a

  b) Renato n˜o ´ aluno ou mecˆnico.
             a e              a

  c) Existe uma panela que N˜o tem tampa.
                            a
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                               24


2.7     Exerc´
             ıcios resolvidos
Exerc´ ıcio 2.7.1 Se algu´m te dissesse: “Se fizer Sol ent˜o eu vou ` praia”, e
                          e                               a        a
dias depois vocˆ visse essa pessoa na praia o que vocˆ concluiria?
               e                                     e

   Resolu¸˜o:
         ca

    Nada podemos concluir, pois se trata de uma proposi¸˜o do tipo “Se A, ent˜o
                                                       ca                    a
B”, logo, se B, ´ verdadeira n˜o, podemos concluir que A ´ verdadeira. (Pode
                e              a                           e
estar chovendo e ele estar na praia, pois a afirma¸˜o n˜o diz nada sobre quando
                                                 ca a
estiver chovendo).


2.8     Tipos de Demonstra¸oes
                          c˜
    Vejamos como podemos responder a quest˜o deixada na se¸˜o anterior, ou
                                              a                ca
seja, como podemos demonstrar (mostrar, provar,..) que uma proposi¸˜o ´ ver-
                                                                     ca e
dadeira. Infelizmente n˜o existe um m´todo pr´tico para fazer isso em qualquer
                        a             e       a
situa¸˜o, ali´s existem problemas abertos na matem´tica que ainda n˜o se sabe
      ca     a                                     a                 a
como demonstrar e prˆmios que valem US$ 1.000.000. Mas podemos respon-
                        e
der outra pergunta: “Quais s˜o as maneiras de se provar uma proposi¸˜o?” ,
                              a                                        ca
vejamos abaixo, como classific´-las:
                              a

  1. Demonstra¸˜o direta
              ca

  2. Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos
              ca                          o

  3. Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo)
              ca              ca

   Ao final de cada demonstra¸˜o, devemos indicar ao leitor o seu t´rmino. Isso
                               ca                                 e
pode ser feito de duas formas: utilizando o s´
                                             ımbolo ou a sigla c.q.d .

2.8.1   Demonstra¸˜o direta
                 ca
    Neste tipo de demonstra¸˜o, verificamos todos os casos em que a proposi¸˜o
                            ca                                            ca
                 ´
seja verdadeira. E bom lembrar que isto s´ acontece quando temos um n´mero
                                         o                             u
finito de casos para verificar.

Exemplo 2.8.1 Considere a proposi¸˜o ”Se n ∈ {3, 5, 17, 31}, ent˜o n ´ um
                                   ca                               a    e
n´mero primo”
  u
verificaremos os casos em que a proposi¸˜o seja verdadeira.
                                      ca
Como podemos ver, todos os n´meros deste conjunto s˜o primos, logo a proposi¸˜o
                            u                      a                        ca
´ verdadeira.
e

Exemplo 2.8.2 Prove que o conjunto P = {6, 28, 496}, possui pelo menos 2
n´meros perfeitos .
 u
Prova:
Vejamos, os divisores pr´prios de 6 s˜o 3, 2 e 1 e 6 = 3 + 2 + 1
                        o            a
e analogamente temos que 1 + 2 + 4 + 7 + 14 = 28, logo 6 e 28 s˜o n´meros
                                                                 a u
perfeitos.
Portanto P possui pelo menos 2 n´meros perfeitos.
                                  u
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                               25


2.8.2   Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos
                 ca                          o
    Esse tipo ´ a mais utilizada, talvez a id´ia mais intuitiva quando tentamos
               e                             e
fazer uma demonstra¸˜o. O objetivo ´ concluir a veracidade da tese com ar-
                     ca                 e
gurmentos l´gicos e sempre utilizando as hip´teses. Embora pare¸a f´cil, n˜o
            o                                  o                    c a      a
existe um m´todo pr´tico para este tipo de demonstra¸˜o; ali´s, essa ´ a maior
             e      a                                   ca     a       e
dificuldade de se provar proposi¸˜es.
                                co

   Veremos agora alguns exemplos de demonstra¸˜es.
                                             co

Exemplo 2.8.3 Prove que o quadrado de um n´mero par ´ sempre par e o
                                            u       e
quadrado de um n´mero ´
                u     ımpar ´ sempre ´
                            e        ımpar.

   Prova:
Seja x um n´mero par, ent˜o x = 2n, para algum n ∈ Z, elevando x ao quadrado,
           u             a
temos x2 = (2n)2 , ent˜o x2 = 22 n2 = 2(2n2 ). Logo x2 ´ par.
                      a                                e

    Analogamente, seja x um n´mero ´
                              u    ımpar, ent˜o x = 2n+1, para algum n ∈ Z,
                                              a
elevando x ao quadrado, temos x2 = (2n + 1)2 , ent˜o x2 = (2n)2 + 2(2n) + 1 =
                                                  a
2(2n 2 + 2n) + 1. Logo x2 ´ ´
                          e ımpar.




Exemplo 2.8.4 Prove que p(x) = x2 − 5x + 6 e q(x) = x2 − 1, n˜o possuem
                                                             a
ra´
  ızes em comum.

   Prova: Achando as ra´
                       ızes de p(x)

                               x2 − 5x + 6 = 0,
ent˜o por B´skara x = 2 ou x = 3
   a       a
Portanto
                                   S1 = {2, 3}
   Achando as ra´
                ızes de q(x)

                                   x2 − 1 = 0
                                     x2 = 1
                                    x = ±1,
Portanto
                                 S2 = {−1, 1}
   Como S1 ∩ S2 = ∅, ent˜o p(x) e q(x) n˜o possuem ra´
                        a               a            ızes em comum.
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                             26


2.8.3   Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo)
                 ca              ca
    Este tipo de demonstra¸˜o ´ muito comum em matem´tica, apesar de n˜o
                            ca e                        a                 a
ser natural aos iniciantes.
    Para provamos uma proposi¸˜o por absurdo, procedemos da seguinte maneira:
                               ca
Negamos a tese e chegamos na nega¸˜o da hip´tese. Veremos agora alguns e-
                                   ca         o
xemplos.
Exemplo 2.8.5 Prove que p(x) = x2 − 5x + 6 e q(x) = x2 − 1, n˜o possuem
                                                             a
ra´
  ızes em comum.

    Prova: Vamos supor por absurdo que p(x) e q(x) possuam pelo menos uma
raiz em comum. Ent˜o existe um n´mero a tal que p(a) = q(a)
                  a             u
                                 a2 − 5a + 6 = a2 − 1
   Ent˜o
      a
                                     5a − 6 = 1,
                                               7
                                      Logo a = 5
                Como   p( 7 )
                          5     = 0, ent˜o chegamos num absurdo.
                                        a

             Portanto p(x) e q(x) n˜o possuem ra´
                                   a            ızes em comum.


                                √
Exemplo 2.8.6 Prove que          2 n˜o ´ um n´mero racional .
                                    a e      u
                                      √
    Prova: Vamos supor por absurdo que 2 ∈ Q, ent˜o existem p ∈ Z e q ∈ Z∗ ,
            √                                    a
tais que p = 2, seja uma fra¸˜o irredut´
         q                  ca         ıvel. Elevando ao quadrado, temos:
                                           2
                                       p
                                               =2
                                       q
                                       p2
                                          =2
                                       q2
                                      p2 = 2q 2 ,
                                   Ent˜o p2 ´ par.
                                      a     e
   Afirma¸˜o: p2 ´ par, ent˜o p tamb´m ´ par.
           ca       e         a         e e
   Vamos supor por absurdo que p fosse ´ ımpar, ent˜o p = 2k + 1, para algum
                                                   a
k ∈ Z =⇒ p2 = (2k)2 + 2(2k) + 1 = 2(2k 2 + 2k) + 1, logo p2 ´ ´
                                                            e ımpar.
   Mas isso ´ um absurdo, pois p2 ´ par.
            e                     e
                                    Ent˜o p ´ par.
                                       a    e
Como p ´ par, ent˜o p = 2a. Logo
       e         a

                                     (2a)2 = 2q 2
                                      2a2 = q 2 ,
Analogamente q 2 ´ par e portanto q ´ par.
                 e                  e
            p
   Portanto q ´ uma fra¸˜o redut´
              e          ca       ıvel, pois p e q s˜o ambos pares.
                                                    a
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                             27


             o que ´ um absurdo, pois p ´ uma fra¸˜o irredut´
                   e                  q e        ca         ıvel.
                         √
                     Logo 2 n˜o ´ um n´mero racional.
                              a e        u


2.9    Nomenclatura para proposi¸oes
                                c˜
   Estudamos at´ agora um tipo especial de proposi¸˜es, mas veremos que exis-
                e                                 co
tem contextos em que nomeamos estes tipos de proposi¸˜es. Vejamos agora esta
                                                     co
nomenclatura.

   • Axioma: Proposi¸˜o aceita como verdadeira.
                    ca

   • Teorema: Proposi¸˜o que pode ser demonstrada.
                     ca

   • Lema: Teorema usado na demonstra¸˜es de outros teoremas principais.
                                     co

   • Corol´rio: Consequˆncia imediata de um teorema.
          a            e
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                                                       28


2.10     Exerc´
              ıcios Resolvidos
Exerc´ ıcio 2.10.1 Sejam A e B duas matrizes de ordem n × n, tal que n ´
                                                                       e
inteiro. Sabendo que det(A · B) = det(A) · det(B):
  a) Mostre o resultado para o caso particular n = 2.

  b) Mostre que det(A) · det(A−1 ) = 1, onde A−1 ´ a inversa de A.
                                                 e
Resolu¸ao:
      c˜
                   a11 a12                               b11 b12
  a) Tome A =                   e B =                                 , ent˜o fazendo a multi-
                                                                           a
                   a21 a22                               b21 b22
     plica¸˜o de matrizes temos:
          ca

        a11 a12            b11 b12               a11 · b11 + a12 · b21 a11 · b12 + a12 · b22
                       ·                  =
        a21 a22            b21 b22               a21 · b11 + a22 · b21 a21 · b12 + a22 · b22

     Calculando det(A · B), temos:

     det(A · B) =

     (a11 ·b11 +a12 ·b21 )(a21 ·b12 +a22 ·b22 )−(a21 ·b11 +a22 ·b21 )(a11 ·b12 +a12 ·b22 )

                                                     =
     (a11 · b11 · a21 · b12 + a12 · b21 · a21 · b12 + a11 · b11 · a22 · b22 + a12 · b21 · a22 · b22 )−
     (a21 · b11 · a11 · b12 + a22 · b21 · a11 · b12 + a21 · b11 · a12 · b22 + a22 · b21 · a12 · b22 )
                                                     =
     (a11 · a22 · b11 · b22 + a12 · a21 · b12 · b21 ) − (a11 · a22 · b12 · b21 + a12 · a21 · b11 · b22 )
                                                     =
     a11 · a22 · b11 · b22 − a11 · a22 · b12 · b21 − a12 · a21 · b11 · b22 + a12 · a21 · b12 · b21
                                                     =
               (a11 · a22 − a12 · a21 )(b11 · b22 − b12 · b21 ) = det(A) · det(B).



  b) Sabemos que A · A−1 = In , ent˜o det(A) · det(A−1 ) = det(A · A−1 ) =
                                   a
     det(In ) = 1



Exerc´
     ıcio 2.10.2 Sejam α, β e γ os ˆngulos internos de um triˆngulo.
                                   a                         a
  a) Mostre que as tangentes desses trˆs ˆngulos n˜o podem ser, todas elas,
                                      e a         a
     maiores ou iguais a 2.

  b) Supondo que as tangentes dos trˆs ˆngulos sejam n´meros inteiros posi-
                                     e a              u
     tivos, calcule essas tangentes.
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                             29


    Resolu¸˜o:
          ca

  a) Suponha por absurdo que as trˆs tangentes sejam maiores ou iguais a 2,
                                  e
     ou seja,
                                           
                         tg(α)         2    α  60o
                          tg(β)         2 =⇒ β  60o
                                           
                          tg(γ)         2     γ  60o

                Ent˜o chegamos num absurdo, que α + β + γ  180o .
                   a

  b) Sabemos que α + β = 180o − γ, ent˜o:
                                      a

                        tg(α + β) = tg(−γ) = −tg(γ), ent˜o
                                                        a

                               tg(α) + tg(β)
                                               = −tg(γ)
                             1 − tg(α) · tg(β)

                    tg(α) + tg(β) = −tg(γ) + tg(α) · tg(β) · tg(γ)

                    tg(α) + tg(β) + tg(γ) = tg(α) · tg(β) · tg(γ).

     Pelo item a, sabemos que as tangentes n˜o podem ser todas elas maiores
                                              a
     que 2, ent˜o sabemos que pelo menos uma das tangentes ´ igual a 1, pois
               a                                             e
            s˜o n´meros inteiros, supondo digamos que tg(α) = 1, ent˜o
             a u                                                    a

                          1 + tg(β) + tg(γ) = tg(β) · tg(γ).

        Como todas as tangentes s˜o n´meros inteiros positivos, ent˜o basta
                                 a u                               a
     testar um n´mero pequeno que casos e concluir que tg(α) = 1, tg(β) = 2 e
                u
                                   tg(γ) = 3.

Respostas:

  a) Demosntra¸˜o
              ca

  b) 1, 2 e 3

Exerc´
     ıcio 2.10.3 Sejam x = 1 e y = 0, 999 . . . (d´
                                                  ızima per´
                                                           ıodica). Quais das
afirma¸˜es s˜o verdadeiras?
     co    a

  a) x  y

  b) x = y

  c) x  y

Justifique rigorosamente sua resposta.

    Resolu¸˜o: Exibiremos duas maneiras para resolver esse exerc´
          ca                                                    ıcio.
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                                      30


1o Modo Sabemos que y = 0, 999 . . ., ent˜o 10y = 9, 999 . . ..
                                         a
    Subtraindo a segunda equa¸˜o pela primeira, temos:
                             ca
                10y − y = 9, 999 . . . − 0, 999 . . . =⇒ 9y = 9 =⇒ y = 1,
     e portanto x = y.



2o Modo Sabemos que y = 0, 999 . . ., ent˜o escrevendo y uma forma diferente,
                                          a
    temos:
             y = 0, 999 . . . = 0, 9 + 0, 09 + 0, 009 + 0, 0009 + . . .
     que ´ nada mais do que uma soma infinita de uma
         e
     P.G. (0, 9; 0, 09; 0, 009; 0, 0009; . . .)r=10−1 , logo
                                                               0, 9      0, 9
     y = 0, 999 . . . = 0, 9+0, 09+0, 009+0, 0009+. . . =           −1
                                                                       =      = 1 = x,
                                                            1 − 10       0, 9
                                       logo x = y.



                                      Alternativa b
                                                                           1
Exerc´ıcio 2.10.4 Considere as fun¸˜es f (x) = log3 (9x2 ) e g(x) = log3 ( x ),
                                  co
definidas para todo x  0.
  a) Resolva as equa¸oes f (x) = 1 e g(x) = −3
                    c˜
  b) Mostre que 1 + f (x) + g(x) = 3 + log3 x
Resolu¸ao:
      c˜
                                            √
                                   1          3
  a) log3 (9x2 ) = 1=⇒9x2 = 3=⇒x2 = =⇒x = ±     , mas como tinhamos a
                                   3         3
     condi¸˜o x  0.
           ca

                                                √
                                                  3
                                    Ent˜o S = {
                                       a            }
                                                 3
            1             1   1
     log3 ( x ) = −3 =⇒     =    =⇒ x = 27.
                          x   27
                                    Ent˜o S = {27}
                                       a

  b) Temos que:
                                                                   1
                     1 + f (x) + g(x) = 1 + log3 (9x2 ) + log3 ( ) =
                                                                   x
                                                  1                   1
                  log3 (3) + log3 (9x2 ) + log3 ( ) = log3 (3 · 9x2 · ) =
                                                  x                   x
                        log3 (33 x) = log3 (33 ) + log3 (x) = 3 + log3
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                                31


2.11     Exerc´
              ıcios Propostos
 1. Sejam a e b n´meros naturais, mostre que:
                 u

       a) Se a e b s˜o pares, ent˜o a + b ´ par.
                    a            a        e
       b) Se a e b s˜o pares, ent˜o a · b ´ par.
                    a            a        e
       c) Se a e b s˜o ´
                    a ımpares, ent˜o a + b ´ par.
                                  a        e
       d) Se a e b s˜o ´
                    a ımpares, ent˜o a · b ´ ´
                                  a        e ımpar.

 2. Prove as seguintes igualdades trigonom´tricas:
                                          e
                       1   1
       a) cos(a2 ) =   2 + 2 cos2a
                       1   1
       b) sen(a2 ) =   2 − 2 cos2a
       c) sen(a + b) · sen(a − b) = cos2 a − cos2 b

 3. Prove que:

       a) A fun¸˜o f : X −→ Y ´ injetora se, e somente se, existe uma fun¸˜o
                ca              e                                        ca
          g : Y −→ X tal que g(f (x)) = x, para todo x ∈ X.
       b) A fun¸˜o f : X −→ Y ´ sobrejetora se, e somente se, existe uma
                ca               e
          fun¸˜o h : Y −→ X tal que f (h(y)) = y, para todo y ∈ Y .
             ca

 4. Mostre que se a  0, b  0 e c  0, c = 1 ent˜o:
                                                 a
                                     a
                               logc ( ) = logc (a) − logc (b)
                                     b

 5. Demonstre que a mediana relativa ` base de um triˆngulo is´sceles ´
                                     a               a        o       e
    tamb´m bissetriz.
        e

 6. Demonstre que a bissetriz relativa ` base de um triˆngulo is´sceles ´ tamb´m
                                       a               a        o       e     e
    mediana.

 7. Demonstre que as medianas relativas aos lados congruentes de um triˆngulo
                                                                       a
    is´sceles s˜o congruentes.
      o        a

 8. Enuncie e prove o teorema de Pit´goras.
                                    a
Sugest˜es e Respostas
      o

 Cap. 1
 1.   a) Primeiro calcule a express˜o geral N (a, b) = (a − b)2 + 2ab = a2 + b2 , para
                                    a
         ent˜o concluir que N (3, 9) = 90.
            a
      b) Com a express˜o geral encontrada conclua que N (a, 3a) ´ um n´mero m´ltiplo
                       a                                        e     u      u
         de 10, logo possui final 0.
 2.   a) 198 n´meros pal´
              u         ındromos.
                                              198     22      2       2
      b) Calculando a probabilidade, temos         =       =             = 2%
                                             9999    1111    101     100
 3. Am´lia possui 24 reais, L´cia possui 18 reais e Maria possui 36 reais.
      e                      u
 4.   a) Utilize a rela¸˜o mdc(a, b) · mmc(a, b) = a · b, ent˜o conclua que b = 15
                       ca                                    a
      b) Decomponha 105 em n´meros primos e veja que o unico fator comum entre
                                u                           ´
         105 e 35 ´ 5, ent˜o as unicas possibilidades s˜o (5; 105), (15; 35), (35; 15)
                  e       a     ´                      a
         ou (105; 5).
 5.   a) Substitua 2 + i na equa¸˜o e iguale a zero, obtendo a = 5.
                                ca
      b) Utilize o teorema das ra´ complexas e conclua que 2 − i ´ uma outra raiz
                                 ızes                              e
         da equa¸˜o, utilize uma das rela¸˜es de Girard e conclua que 1 ´ a terceira
                  ca                     co                             e
         raiz.
 Cap. 2
 1.   a) Tome a = 2k e b = 2n, ent˜o a + b = 2(k + n). Logo a + b ´ par.
                                  a                               e
      b) Tome a = 2k e b = 2n, ent˜o a · b = 2(k · n). Logo a · b ´ par.
                                  a                               e
      c) Tome a = 2k + 1 e b = 2n + 1, ent˜o a + b = 2(k + n + 1).Logo a + b ´ par.
                                          a                                  e
      d) Tome a = 2k + 1 e b = 2n + 1, ent˜o a · b = 2[2(k · n) + (k · n)] + 1 =. Logo
                                          a
         a·b ´´
             e ımpar.
 2.   a) Na f´rmula da soma de cossenos, cos(a + b) = cos(a) · cos(b) − sen(a) · sen(b),
             o
         tome a = b. Ent˜o cos(2a) = cos2 (a)−sen2 (a) = cos(2a) = 2cos2 (a)−1 =⇒
                          a
         cos(a2 ) = 1 + 1 cos2a
                    2   2
      b) An´logo ao ”item a”.
           a
      c) Na f´rmula da soma e diferen¸a de senos, temos sen(a+b) = sen(a)·cos(b)+
             o                         c
         sen(b) · cos(a) e sen(a − b) = sen(a) · cos(b) − sen(b) · cos(a). Ent˜o fa¸a
                                                                              a    c
         sen(a + b) · sen(a − b) e conclua a igualdade.
 3.   a) Sabemos que f ´ injetora, logo se f (x1 ) = f (x2 ), ent˜o x1 = x2 , portanto
                           e                                          a
         tomamos g(x) = x, pois x1 = g(f (x1 )) = g(f (x2 )) = x2 . Reciprocamente, se
         existe uma g : Y −→ X tal que g(f (x)) = x, ent˜o em particular, g(f (x1 )) =
                                                                a
         x1 e g(f (x2 )) = x2 , logo se f (x1 ) = f (x2 ), ent˜o x1 = x2 , o que implica que
                                                              a
         f ´ injetora.
           e



                                          32
CAP´         ´          ´
   ITULO 2. LOGICA MATEMATICA                                                    33


 4. Tome x = log( a )c , y = log(a)c e z = log(b)c . Pelas propriedades de logaritmo
                    b
                                                                 cy
    e potencia¸˜o, temos: cx = a , cy = a e cz = b =⇒ cx = z = cy−z =⇒ x =
              ca                  b                              c
    y − z=⇒log( a )c = log(a)c − log(b)c .
                 b

 5. Tome um triˆngulo ABC is´sceles de base BC, seja M um ponto em BC, tal que
                  a          o
    AM seja a mediana. Por constru¸˜o AB ≡ AC e BM ≡ M C e B ≡ C, logo
                                    ca
    pelo caso LAL (lado ˆngulo lado), os triˆngulo ABM e ACM s˜o congruentes e
                           a                a                  a
    portanto os ˆngulos B AM e C AM s˜o congruentes e por isso AM tamb´m ´ a
                 a                      a                              e e
    bissetriz do triˆngulo.
                    a
 6. An´logo ao anterior.
      a
 7. Tome um triˆngulo ABC is´sceles de base BC, sejam M, N, pontos em AC e
                  a            o
    AB,respectivamente, tais que BM e CN sejam as medianas destes triˆngulos rela-
                                                                       a
    tivas aos lados AC e AB. Constru´
                                    ımos, desta forma, dois triˆngulos ACN e ABM
                                                               a
    congruentes pelo caso LAL, ent˜o conclu´
                                  a        ımos que BM e CN s˜o congruentes.
                                                                 a
Apˆndice A
  e

C´lculo de inversa de matrizes
 a

A.1     Via sistemas lineares
Defini¸˜o A.1.1 Seja A uma matriz quadrada de ordem n, se exister uma ma-
       ca
triz quadrada A−1 de ordem n tal que A · A−1 = In e A−1 · A = In , onde In ´ a
                                                                           e
matriz identidade de ordem n, ent˜o A−1 ´ dita ser a matriz inversa de A.
                                 a       e

Veremos agora atrav´s de um exemplo como podemos encontrar a matriz inversa
                   e
pela defini¸˜o.
          ca
                               2 1                                x11 x12
Exemplo A.1.1 Seja A =               , ent˜o tomamos A−1 =
                                          a                                  ,
                               1 2                                x21 x22
usando a defini¸˜o, temos:
              ca


                               2 1        x11 x12         0 1
            A · A−1 = I =⇒            ·              =
                               1 2        x21 x22         1 0
Fazendo a multiplica¸˜o das matrizes e igualdando matriz resultante com a ma-
                     ca
triz identidade, temos o seguinte sistema:

                                               
                                                x11 = 2
                                               
                                              
                                                      3
                2x11 +      x21   = 1         
                                               
               
                                              
                                               
               
                                              
                                               
               
               
                2x12 +                         12 = − 1
                                                x
                                               
                            x22   = 0                 3
                                          =⇒
               
                x11                          
                                                      1
               
                        + 2x21 = 1            x
                                               21 = −
               
                                             
                                              
               
                                             
                                                      3
                                             
                                              
                 x12     + 2x22 = 0           
                                              
                                              
                                               x     2
                                                 22 =
                                                      3
                                          2    1 
                                              −
                                          3    3 
                         Logo, A−1 = 
                                     
                                                  
                                                  
                                            1  2
                                          −
                                            3  3



                                     34
ˆ          ´
APENDICE A. CALCULO DE INVERSA DE MATRIZES                                          35


A.2     Via matriz dos cofatores
   Com o uso deste m´todo ´ poss´
                       e      e      ıvel calcular inversas de matrizes de ordem
maiores que 2 e 3, cujo os c´lculos pela defini¸˜o costumam ser longos.
                            a                  ca

Defini¸˜o A.2.1 Sejam M uma matriz quadrada de ordem n ≥ 2 e aij um
       ca
elemento de M , definimos menor complementar do elemento aij , o deter-
minante da matriz que se obt´m suprimindo a linha i e a coluna j de M e o
                            e
indicaremos por Dij .

Defini¸˜o A.2.2 Sejam M uma matriz quadrada de ordem n ≥ 2 e aij um
       ca
elemento de M , o cofator do elemento aij ´ dito ser, o n´mero (−1)i+j · aij · Dij
                                          e              u
e o indicaremos por Aij
                                
                         4 3 4
Exemplo A.2.1 Seja A =  2 1 5 , calculando os cofatores de a11 = 4 e
                         3 3 2
a23 = 5

                             1       5                        4 4
         A11 = (−1)1+1 ·               = −6 e A23 = (−1)2+3 ·     = −6
                             3       2                        3 2

Defini¸˜o A.2.3 Seja M uma matriz quadrada, a matriz formada pelos cofa-
       ca
tores dos elemnetos de M ´ dita ser a matriz dos cofatores de M e ´ repre-
                         e                                        e
sentada por M , ou seja,

                                                                             
               a11   a12   . . . a1n                    A11   A12   . . . A1n
              a21   a22   . . . a2n                  A21   A22   . . . A2n   
                                                                             
              a31   a32   . . . a3n                  A31   A32   . . . A3n   
      M =                              =⇒ M =                                
               .
                .     .
                      .    ..     .
                                  .                    .
                                                         .     .
                                                               .    ..     .
                                                                           .    
               .     .        .  .                    .     .        .  .    
               an1 an2     . . . ann                    An1 An2     . . . Ann

                                      2 1
Exemplo A.2.2 Seja M =                      , calculando os cofatores da matriz M ,
                                      1 2
temos

                     A11 = 2, A12 = −1, A21 = −1 e A22 = −2

                                             2 −1
                                 M =
                                            −1 2
                                
                         1 0 2
Exemplo A.2.3 Seja M =  2 1 3 , calculando os cofatores da matriz
                         3 1 0
M , temos

                           A11 = −3, A12 = 9, A13 = −1,
                           A21 = 2, A22 = −6, A23 = −1
                            A31 = −2, A32 = 1, A33 = 1
ˆ          ´
APENDICE A. CALCULO DE INVERSA DE MATRIZES                          36


                                     
                              −3 9 −1
                        M =  2 −6 −1 
                              −2 1  1

Defini¸˜o A.2.4 Seja M como na defini¸˜o anterior, a transposta da matriz
       ca                                  ca
dos cofatores ´ dita ser a matriz adjunta, e ´ denotada por
              e                              e

                                   M = (M )t .

Teorema A.2.1 Seja M ´ uma matriz quadrada de ordem n e det(M ) = 0
                         e
ent˜o a matriz inversa ´ dada por:
   a                   e

                                          M
                               M −1 =           .
                                        det(M )
                              
                         1 0 2
Exemplo A.2.4 Seja M =  2 1 3 , Vemos facilmente que
                         3 1 0

                                det(M ) = −5,

Ent˜o
   a                                     
                 −3 9 −1            −3 2 −2
           M =  2 −6 −1  =⇒ M =  9 −6 1 
                 −2 1  1            −1 −1 1
Pelo teorema,                                          
                               3            2        2
                                          −
                             5             5        5 
                                                       
                                                       
                             9            6          1 
                    M −1   = −
                             5                     − 
                                          5          5 
                                                        
                                                       
                             1            1          3 
                                                    −
                                    5      5          5
Apˆndice B
  e

M´todo para resolu¸˜o de
   e              ca
sistemas lineares

   Sejam A, X e B matrizes, tais que A seja invert´ e
                                                  ıvel

                                     A·X =B

Como A ´ invert´
         e       ıvel ent˜o existe uma matriz A−1 tal que A · A−1 = In , onde
                         a
In ´ a matriz identidade de ordem n. Se multiplicarmos A · X = B, por A−1 ,
   e
teremos:
                             A−1 · A · X = A−1 · B,
Ent˜o
   a
                                   X = A−1 · B.
E como vimos, conseguimos expressar a matrix X em fun¸˜o de A e B.
                                                     ca
Agora considere o sistema linear abaixo:

               
                a11 x1 + a12 x2 + . . . a1n xn = b1
               
               
                a21 x1 + a22 x2 + . . . a2n xn = b2
                    .
                    .           .
                                .             .
                                              .          .
                                                         .
               
                   .           .      ...    .          .
               
               
                 an1 x1 + an2 x2 + . . . ann xn = bn
                                                                      
                                           a11 a12 . . . a1n
                                         a21 a22 . . . a2n            
                                                                      
                                                                      
Sejam A, X e B matrizes, ent˜o Tome A =  a31 a32 . . . a3n
                            a                                          ,
                                         .     .  ..      .           
                                         . .   .
                                                .      .   .
                                                           .           
                                          an1 an2 . . . ann
                                             
                               x1            b1
                              x2         b2 
                                             
                              x3             
                           X=     e B =  b3 
                              .          . 
                              . 
                                .          . 
                                              .
                               xn           bn
    E desta forma, encontramos a matriz X formada pela inc´gnitas x1 , x2 , . . . , xn
                                                          o
e ent˜o resolvemos o sistema linear.
     a

                                         37
ˆ          ´                ¸˜
APENDICE B. METODO PARA RESOLUCAO DE SISTEMAS LINEARES38


    Observe que ao fazermos a multiplica¸˜o de matrizes, obtemos exatamente o
                                        ca
sistema linear exibido. Ent˜o, como visto anteriormente podemos escrever
                           a
                                               −1       
                   x1         a11 a12 . . . a1n           b1
                 x2   a21 a22 . . . a2n             b2 
                                                        
                 x3   a31 a32 . . . a3n                 
                     =                          ·  b3 
                 .   .           .   ..     .       . 
                 .   .
                    .           .   .
                                    .      .   . 
                                               .        . 
                                                           .
                     xn         an1 an2 . . . ann               bn

Exemplo B.0.5 Vamos resolver         o sistema linear abaixo:
                 
                  −x +               y −        z = 5
                     x +              y +        z = 4
                 
                     3x +             y +        2z = −3

   Escrevendo na forma de      matriz, temos:
                                             
                     −1        1 −1          x 5
                    1         2 4 · y = 4 
                      3        1 −2          z −3

   Agora precisamos achar a matriz inversa de
                                           
                               −1 1 −1
                              1 2 4 
                                3 1 −2
Aplicando o m´todo via matriz dos cofatores, obtemos a matriz
             e
                                 8  1     6   
                               − 27 27    27
                                              
                            14                
                                    5     3   
                            27      27   27 
                                              
                                  5  4       3
                               − 27 27 − 27
   Fazendo a multiplica¸˜o de matriz, temos:
                       ca
                              8    1    6                         
                 x            − 27   27    27          5             2
                                                     
                14                                   
              y =                  5    3     · 4 = 3 
                27                27    27           
                                                     
                        5             4     3
               z     − 27            27   − 27       −3    0

   Logo a solu¸˜o do sistema linear ´: S = {(2, 3, 0)}.
              ca                    e
Apˆndice C
  e

Equa¸oes alg´bricas
    c˜      e

   Exibiremos aqui alguns teoremas sobre a teoria das equa¸˜es alg´bricas. Es-
                                                            co    e
peramos que o leitor esteja familiarizado com polinˆmios e n´meros complexos.
                                                   o         u

Teorema C.0.2 Seja P (x) um polinˆmio cujos coeficientes s˜o todos reais, ad-
                                    o                          a
mitindo z = a + bi ∈ C como raiz, ent˜o P (x) tamb´m admite z = a − bi como
                                      a            e
raiz.
Prova:
Se z = a + bi ´ uma raiz de P (x) = an xn + an−1 xn−1 + . . . + a2 x2 + a1 x + a0 ,
              e
ent˜o P (z) = 0. Logo,
   a
                   an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0,
Ora, mas ent˜o o conjugado deste n´mero tamb´m ´ zero.
            a                     u         e e
                   an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0
utilizando as propriedades de n´meros complexos, temos
                               u
                   an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0
                   an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z 1 + a0 = 0
                                        P (z) = 0.
Portanto z tamb´m ´ raiz de P (x).
               e e

Exemplo C.0.6

        ´
 Corolario C.0.1 Seja P (x) um polinˆmio cujos coeficientes s˜o todos reais,
                                        o                    a
admitindo z = a + bi ∈ C como raiz de multiplicidade p, ent˜o P (x) tamb´m
                                                           a            e
admite z = a − bi como raiz de multiplicidade p.

Exemplo C.0.7

Teorema C.0.3 Todo polinˆmio P (x) = an xn +an−1 xn−1 +. . .+a2 x2 +a1 x+a0 ,
                             o
talque ∂(P (x)) = n 1, pode ser decomposto em n fatores do primeiro grau, ou
seja,
                 P (x) = an (x − r1 )(x − r2 )(x − r3 ) . . . (x − rn )
onde r1 , r2 ,. . . ,rn s˜o as ra´
                         a       ızes de P (x).
Esta decomposi¸˜o ´ unica.
                    ca e ´

                                            39
ˆ             ¸˜      ´
APENDICE C. EQUACOES ALGEBRICAS                                                 40


Exemplo C.0.8 Seja P (x) = 2x2 − 10x + 12 pode ser decomposto como P (x) =
2(x − 2)(x − 3), onde 2 e 3 s˜o as ra´
                             a       ızes de P (x).

Teorema C.0.4 (Teorema das ra´           ızes racionais) Se um polinˆmio
                                                                      o
P (x) = an x n +a       n−1 + . . . + a x2 + a x + a , possui todos os coeficientes
                  n−1 x                2       1    0
inteiros, admite uma raiz racional p , onde p ∈ Z e p ∈ Z+ , ent˜o p/a0 e q/an (p
                                      q                          a
divide a0 e q divide an .

Exemplo C.0.9 Ache as ra´
                        ızes da equa¸˜o
                                    ca

                              x3 + 3x2 − 3x − 9 = 0

pelo teorema das ra´ ızes racionais, temos p ∈ {−1, 1, −3, 3, −9, 9} (divisores in-
teiros de (-9)) e q ∈ {1}(divisores positivos de 1),
ent˜o p ∈ {−1, 1, −3, 3, −9, 9}
    a q
agora basta testar as candidatas a raiz de P (x)


      P (−1) = −4, P (1) = −8, P (−3) = 0, P (3) = 36, P (−9) = −468 e
                               P (9) = −522

   Logo, -3 ´ raiz da equa¸˜o.
            e              ca
   Utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini, temos:
                               -3   1   3   -3   -9
                                    1   0   -3    0
                                                                 √
Desta forma, achamos a equa¸˜o x2 − 3 = 0, cuja a solu¸˜o ´ x = √ 3
                             ca                        ca e     ± √
Portanto a solu¸ao da equa¸˜o x3 + 3x2 − 3x − 9 = 0, ser´ S = {− 3, 3, −3}.
               c˜         ca                            a
Referˆncias Bibliogr´ficas
     e              a

[1] Iezzi, G., Hazzan, S.(1998) - Fundamentos de Matem´tica Elementar, vol.4
                                                      a

[2] Iezzi, G.(1996) - Fundamentos de Matem´tica Elementar, vol.6
                                          a

[3] Filho, E. A. (2000) - Inicia¸˜o a L´gica Matem´tica
                                ca     o          a

[4] S.B.M (1998) - Revista do Professor de Matem´tica, 37
                                                a

[5] Massaranduba, E. M., Chinellatto, T. M. (2003) - Cole¸˜o Objetivo -
                                                         ca
    Reda¸˜o
        ca




                                     41
´
Indice Remissivo

axioma, 27                   simbologia, 8, 13
                             sistemas lineares, 34
bissetriz, 31
Briot-Ruffini, 40              tangente, 28
                             teorema, 27
cofator, 35                  tese, 21
conclus˜o, 8
        a                    triˆngulo, 31
                                a
condi¸˜o necess´ria, 22
     ca        a
condi¸˜o suficiente, 22
     ca
conectivos, 23
contra-exemplo, 22
corol´rio, 27
     a
Crammer, 11

d´
 ızima, 29
demonstra¸˜o, 24–26
           ca
desenvolvimento, 8
disserta¸˜o, 7, 10, 13
        ca

fun¸˜o, 31
   ca

hip´tese, 21
   o

introdu¸˜o, 7
       ca

l´gica, 8, 10, 13, 20, 21
 o
lema, 27

matriz, 38
matrizes, 28
mdc, 19
mmc, 19

nega¸˜o, 23
    ca

pal´
   ındromos, 19, 32
perfeitos, 24
polinˆmio, 16, 39
     o
proposi¸˜o, 20–22
        ca

racional, 26
raiz, 19
rec´
   ıproca, 22

                            42

Exercicios resolvidos red matematica

  • 1.
    ¸˜ Redacao ´ em Matematica Leandro Augusto Ferreira Coord. Profa. Dra Edna Maura Zuffi Centro de Divulga¸˜o Cient´ ca ıfica e Cultural Universidade de S˜o Paulo - CDCC a Agosto - 2008
  • 2.
  • 3.
    Sum´rio a 1 Formaliza¸˜o do texto ca 7 1.1 Disserta¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 7 1.2 Disserta¸˜o em matem´tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca a 7 1.3 Simbologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Estrutura dissertativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4.1 Introdu¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 9 1.4.2 Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4.3 Conclus˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 12 1.5 Modelos de disserta¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 13 1.5.1 A disserta¸˜o escolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ca 13 1.5.2 “Receita” para um texto dissertativo . . . . . . . . . . . . 13 1.5.3 Exemplos de textos dissertativos - Exerc´ ıcios de vestibular 14 1.6 Exerc´ıcios propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2 L´gica matem´tica o a 20 2.1 Defini¸˜es gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . co . . . . . 20 2.2 Princ´ıpios da l´gica matem´tica . . . . . . . . . . . . . . o a . . . . . 21 2.2.1 N˜o contradi¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . a ca . . . . . 21 2.2.2 Terceiro exclu´ ıdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3 Proposi¸˜es do tipo “se A, ent˜o B” . . . . . . . . . . . co a . . . . . 21 2.4 A rec´ıproca de uma proposi¸˜o . . . . . . . . . . . . . . ca . . . . . 22 2.5 Proposi¸˜es do tipo “A se, e somente se B” . . . . . . . co . . . . . 22 2.6 Nega¸˜o de uma Proposi¸˜o . . . . . . . . . . . . . . . . ca ca . . . . . 23 2.6.1 Nega¸˜o de conectivos . . . . . . . . . . . . . . . ca . . . . . 23 2.7 Exerc´ ıcios resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.8 Tipos de Demonstra¸˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . co . . . . . 24 2.8.1 Demonstra¸˜o direta . . . . . . . . . . . . . . . . ca . . . . . 24 2.8.2 Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos . ca o . . . . . 25 2.8.3 Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo) ca ca . . . . . 26 2.9 Nomenclatura para proposi¸˜es . . . . . . . . . . . . . . co . . . . . 27 2.10 Exerc´ıcios Resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.11 Exerc´ıcios Propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Sugest˜es e Respostas o 32 Apˆndice e 33 3
  • 4.
    ´ SUMARIO 4 A C´lculo de inversa de matrizes a 34 A.1 Via sistemas lineares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 A.2 Via matriz dos cofatores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 B M´todo para resolu¸˜o de sistemas lineares e ca 37 C Equa¸˜es alg´bricas co e 39 Referˆncias Bibliogr´ficas e a 40 ´ Indice Remissivo 41
  • 5.
    ´ SUMARIO 5 “N˜o se preocupem com as dificuldades em matem´tica, as minhas s˜o muito maiores” a a a Albert Einstein
  • 6.
    Pref´cio a Esta apostila foi elabora para a utiliza¸˜o no curso ”Reda¸˜o em matem´tica”, ca ca a ministrado no CDCC (Centro de Divulga¸˜o Cient´ ca ıfica e Cultural) da USP em S˜o Carlos. Pode servir como material de apoio para alunos do Ensino M´dio, e a e tem como principal objetivo auxiliar no aprendizado da escrita em matem´tica. a A apostila est´ dividida de acordo com a ordem do curso: no Cap´ a ıtulo 1, tratamos da formaliza¸˜o do texto, caracterizando a disserta¸˜o em matem´tica ca ca a de forma simplificada e pr´tica, trabalhando com exemplos de exerc´ a ıcios de vestibulares de forma progressiva, conforme a ordem: introdu¸˜o, desenvolvi- ca mento e conclus˜o. Demos ainda algumas orienta¸˜es de como redigir um bom a co texto, mostrando algumas coisas que devemos evitar numa reda¸˜o. No Cap´ ca ıtulo 2, trabalhamos com a l´gica matem´tica, assunto absolutamente importante no o a ensino de matem´tica, mas alertamos, que este assunto foi tratado com bas- a tante simplicidade, deixando um pouco de lado o rigor dos bons livros de l´gica, o tentando passar apenas algumas id´ias elementares. Ainda nesses cap´ e ıtulo, trou- xemos alguns exerc´ ıcios resolvidos e propostos. Deixamos algumas sugest˜es de o como resolvˆ-los no final desta apostila. e Alguns assuntos, talvez pouco explorados no Ensimo M´dio, foram acrescen- e tados como apˆndice, pois acreditamos que ser˜o de grande valia ao leitor em e a sua base Matem´tica para empliar a compreens˜o e a reda¸˜o de textos da ´rea. a a ca a Gostaria de agradecer ao apoio dado pela Profa. Dra. Edna Maura Zuffi na coordena¸˜o deste projeto, ao apoio de Jonas Eduardo Carraschi pela colabora- ca ¸˜o na ministra¸˜o do minicurso e a todos os participantes do mesmo. ca ca Leandro Augusto Ferreira S˜o Carlos, 28 de Julho de 2008. a 6
  • 7.
    Cap´ ıtulo 1 Formaliza¸˜o do texto ca Para redigir um bom texto, ´ necess´rio estimular o racioc´ e a ınio, a capacidade de an´lise e s´ a ´ ıntese. E preciso desenvolver um pensamento ordenado, revestido por um vocabul´rio expressivo, revelando assim, um repert´rio preciso e comu- a o nicativo. Em matem´tica n˜o ´ diferente: temos as mesmas necessidades quando de- a a e sejamos redigir um bom texto, seja ele na resolu¸˜o de um exerc´ ou na de- ca ıcio monstra¸˜o de uma proposi¸˜o. ca ca Daremos aqui alguns conceitos necess´rios para uma boa escrita. Nossos tex- a tos ser˜o todos dissertativos, por isso estudaremos como fazer uma disserta¸˜o. a ca 1.1 Disserta¸˜o ca Dissertar ´ desenvolver uma id´ia, uma opini˜o, um conceito ou tese sobre e e a um determinado assunto. Como outras formas de reda¸˜o, a disserta¸˜o se ap´ia ca ca o em alguns elementos: introdu¸˜o, desenvolvimento e conlus˜o. ca a A introdu¸˜o deve apresentar, de maneira clara, o assunto que ser´ tratado ca a e delimitar as quest˜es referentes a ele que ser˜o abordadas. Neste momento o a pode-se formular uma tese, que dever´ ser discutida e provada no texto, propor a uma pergunta, cuja resposta dever´ constar no desenvolvimento e explicitada na a conclus˜o. a O desenvolvimento ´ a parte do texto em que as id´ias, pontos de vista, con- e e ceitos, informa¸˜es de que se disp˜e ser˜o desenvolvidas, desenroladas e avaliadas co o a progressivamente. A conclus˜o ´ o momento final do texto, e dever´ apresentar um resumo forte a e a de tudo o que j´ foi dito, expondo uma avalia¸˜o final do assunto discutido. a ca 1.2 Disserta¸˜o em matem´tica ca a Quando resolvemos um exerc´ ıcio ou um problema de matem´tica, por e- a xemplo, estamos tamb´m dissertando; estamos convencedo o leitor de que nosso e racioc´ ınio est´ correto. De forma an´loga, vamos estabelecer os conceitos de a a introdu¸˜o, desenvolvimento e conclus˜o, vistos na se¸˜o anterior. ca a ca A introdu¸˜o deve apresentar as vari´veis utilizadas no texto, bem como a ca a ´ que conjuntos pertencem e o que representam no problema. E claro que exis- 7
  • 8.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 8 tem v´rias formas de fazer uma introdu¸˜o: veremos basicamente duas formas, a ca posteriormente. O desenvolvimento ´ a parte do texto em que as id´ias devem ser trabalhadas e e atrav´s da l´gica, dos dados do problema e da simbologia matem´tica. Esta ´ e o a e a parte mais complexa do texto matem´tico, por isso n˜o exibiremos aqui um a a m´todo e, sim, resolveremos alguns problemas e comentaremos alguns t´picos e o mais relevantes. A conclus˜o ´ parte mais simples, finalizamos o texto explicitando a resposta a e do problema, ou o que quer´ ıamos provar numa demonstra¸˜o de uma proposi¸˜o. ca ca Daqui por diante, quando mencionarmos a palavra disserta¸˜o, estamos na ca verdade nos referindo a disserta¸˜o em matem´tica. ca a 1.3 Simbologia Muita gente se pergunta: ”Por que devemos utilizar os s´ ımbolos quando redigimos um texto matem´tico?”. A resposta para esta pergunta ´ bastante a e simples, utilizamos s´ ımbolos para escrever um texto de uma forma mais compacta e concentramos nossos esfor¸os nos racioc´ c ınios, mais do que nas palavras em si. Tome cuidado com o exagero em sua utiliza¸˜o, pois os textos em geral ficam ca carregados com o uso excessivo da simbologia, e nesse caso ficar˜o cansativos de a serem lidos. Vejamos agora alguns dos principais s´ ımbolos matem´ticos: a • N: N´meros naturais. u • Z: N´meros inteiros. u • Q: N´meros racionais. u • I ou R-Q: N´meros irracionais. u • R: N´meros reais. u • C: N´meros Complexos. u • ∈ : Pertence • ⊂: Contido • ⊃: Cont´m e • ⇒: Implica • ∴ : Portanto • ∃ : Existe • ∀ : Para todo, ou ”para qualquer”. Caso vocˆ n˜o conhe¸a o emprego correto destes s´ e a c ımbolos, n˜o tente sim- a plesmente memoriz´-los, eles aparecem natulmente no estudo da matem´tica do a a ensino fundamental e m´dio, e alguns deles ser˜o comentados no cap´ e a ıtulo 2: L´gica matem´tica. o a
  • 9.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 9 1.4 Estrutura dissertativa Assim como existem muitas maneiras de escrever um texto, uma introdu¸˜o, ca o mesmo ocorre para o desenvolvimento e a conclus˜o. Na verdade mostraremos a as maneiras mais comuns, na matem´tica, para tratar da resolu¸˜o de exerc´ a ca ıcios e problemas. 1.4.1 Introdu¸˜o ca Como foi dito anteriormente, devemos exibir as vari´veis do problema: para a isto, uma maneira batante simples ´ nomear as vari´veis colocando dois pontos e a (:) na frente delas e explicando o que representam. Esta forma n˜o ´ nada rigo- a e rosa, pois n˜o dizemos, necessariamente, a que conjunto pertencem as vari´veis, a a por exemplo, mas para exerc´ ıcios de sistemas lineares, ´ uma forma bastante e pr´tica, pois j´ sabemos, pelo contexto do problema, a que conjunto as vari´veis a a a pertencem. Vejamos o exemplo abaixo, que mostra a utiliza¸˜o deste formato de in- ca trodu¸˜o. ca ˜ Exemplo 1.4.1 Joao entrou na lanchonete BOG e pediu 3 hambur- ´ gueres, 1 suco de laranja e 2 cocadas, gastando R$21,50. Na mesa ao ´ lado,algumas pessoas pediram 8 hamburgueres, 3 sucos de laranja e 5 cocadas, gastando R$ 57,00. Sabendo-se que o preco de um ¸ ´ hamburguer, mais o de um suco de laranja, mais o de uma cocada totaliza R$ 10,00, calcule o preco de cada um desses itens. ¸ A introdu¸˜o ser´ feita da seguinte maneira: ca a x: quantitade de hamburgueres y: quantitade de sucos de laranja z: quantitade de cocadas No texto fica bem claro que x,y,z ∈ N, (x, y e z s˜o n´meros naturais), por a u isso foi omitido na introdu¸˜o, mas em textos mais rigorosos, existe a necessidade ca desta informa¸˜o, por isso adotaremos, sempre, uma maneira mais rigorosa para ca fazer uma introdu¸˜o. ca Uma outra forma de fazer a introdu¸˜o, seria utilizando a palavra ”seja”, ca para dizer quem s˜o as vari´veis do problema, logo em seguida a que conjuntos a a elas pertencem e o que representam no problema. Veja o exemplo abaixo: Exemplo 1.4.2 Ainda no problema do exemplo 1.4.1, a introdu¸˜o poder´ ser ca a feita da seguinte maneira: Sejam x, y, z ∈ N, que representam respectivamente, quantidade de hambur- gueres, de sucos de laranja e cocadas.
  • 10.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 10 Este formato ´ muito mais formal e completo, como j´ foi dito, mas caso o e a leitor n˜o se sentiu muito ` vontade em utiliz´-lo, daremos a seguir mais um a a a exemplo de sua utiliza¸˜o. ca Exemplo 1.4.3 Como resultado de uma pesquisa sobre a relacao en-¸˜ tre o comprimento do pe de uma pessoa, em cent´ ´ ´ ımetros, e o numero ´ (tamanho) do calcado brasileiro, Carla obteve uma formula que ¸ ´ ´ ´ da, em media, o numero inteiro n (tamanho do calcado) em funcao ¸ ¸˜ ´ ´ do comprimento c, do pe, em cm. Pela formula, tem-se n = [x], onde 5 x = 4 c + 7 e [x] indica o menor inteiro maior ou igual a x. Por exem- ˜ plo, se c = 9 cm, entao x = 18, 25 e n = [18, 25] = 19. Com base nessa ´ formula, ´ ´ a) determine o numero do calcado correspondente a um pe cujo ¸ ´ comprimento e 22 cm. ´ ´ ˜ b) se o comprimento do pe de uma pessoa e c = 24 cm, entao ela calca 37. Se c > 24 cm, essa pessoa calca 38 ou mais. Determine ¸ ¸ o maior comprimento poss´ ´ ıvel, em cm, que pode ter o pe de uma pessoa que calca 38. ¸ Sejam x ∈ R∗ e n ∈ N, como no enunciado. + Desta vez, de uma forma mais resumida, dizemos simplesmente que as vari´veis a s˜o da mesma forma como no enunciado, j´ que no problema estava bem explicito a a o que x e c representavam. 1.4.2 Desenvolvimento Chegamos, agora, na parte mais trabalhosa da disserta¸˜o e o mais impor- ca tante ´ tentar escrever seu texto numa forma l´gica sequencial, caso contr´rio, e o a tornaremos a leitura do exerc´ uma verdadeira ca¸a ao tesouro. ıcio c Prosseguiremos na resolu¸˜o dos exemplos vistos no t´pido introdu¸˜o. ca o ca Exemplo 1.4.4 Pelo exemplo 1.4.1, t´ ınhamos conclu´ que: ıdo x: quantitade de hamburgueres y: quantitade de sucos de laranja z: quantitade de cocadas Ent˜o, a do enunciado, temos o seguinte sistema linear:   3x + y + 2z = 21, 50 8x + 3y + 5z = 57  x + y + z = 10
  • 11.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 11 Pela regra de Crammer, temos: 21, 5 1 2 57 3 5 10 1 1 4 x= = = 4, 3 1 2 1 8 3 5 1 1 1 3 21, 5 2 3 1 21, 5 8 57 5 8 3 57 1 10 1 2, 5 1 1 10 3, 5 y= = = 2, 5 e z = = = 3, 5 3 1 2 1 3 1 2 1 8 3 5 8 3 5 1 1 1 1 1 1 Faremos algumas observa¸˜es sobre o texto acima: co 1. Utilizamos poucos s´ ımbolos na resolu¸˜o. ca 2. Escrevemos o texto de forma objetiva, omitimos alguns c´lculos. a Ex: N˜o escrevemos passo a passo os c´lculos dos determinantes. a a 3. Citamos a Regra de Crammer, pois a utilizamos na resolu¸˜o. ca Faremos a resolu¸˜o de outro exemplo iniciado no t´pico introdu¸˜o. ca o ca Exemplo 1.4.5 Pelo exemplo 1.4.3, temos: a) Pela f´rmula dada, temos: o 5 x= · 22 + 7 ⇒ x = 34, 5 4 ∴ n = 35 b) Podemos escrever a desigualdade: 5 37 ≤ · c + 7 ≤ 38 4 Resolvendo, temos: 5 30 ≤ · c ≤ 31 4 4 4 24 = 30 · ≤ c ≤ 31 · = 24, 8 5 5 Portanto, c = 24, 8. Faremos algumas observa¸˜es sobre o texto acima: co 1. Utilizamos alguns s´ ımbolos na resolu¸˜o. ca
  • 12.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 12 2. Escrevemos o texto de forma objetiva e omitimos alguns c´lculos. a Ex: N˜o escrevemos passo a passo os c´lculos nas desigualdades. a a 3. Em x = 5 ·22+7 ⇒ x = 34, 5 , poder´ 4 ıamos ter escrito x = 5 ·22+7 = 34, 5, 4 sem a utiliza¸˜o do s´ ca ımbolo de implica¸˜o (⇒). Note que os s´ ca ımbolos “⇒” e “=” n˜o s˜o usados com as mesmos significados, em geral. Pense por a a quˆ. e 1.4.3 Conclus˜o a Como j´ dissemos anteriormente, esta ´ parte mais simples do texto, uma a e vez que a resolu¸˜o esteja feita, de forma clara, devemos destacar, no caso de ca um exerc´ ou problemas a sua resposta, ou, no caso de uma demonstra¸˜o, o ıcio ca que quer´ ıamos demonstrar. ´ E importante sempre indicar as unidades de medida da vari´vel utilizada. a Vejamos, agora, alguns exemplos mostrando como devemos proceder. Exemplo 1.4.6 Pelo exemplo 1.4.4, temos: Logo o pre¸o do hamburguer ´ R$ 4,00, o do suco de laranja ´ R$ 2,50 e o c e e da cocaca ´ R$ 3,50. e Exemplo 1.4.7 Pelo exemplo 1.4.5, temos: a) Portanto o n´mero do cal¸ado ser´ 35. u c a b) Portanto, o maior tamanho de p´ ser´ 24, 8 cm. e a Nas provas de vestibular, em geral, devemos ainda explicitar, no final da resolu¸˜o, todas as respostas de cada item de forma resumida. Vejamos como ca ficariam os exemplos anteriores com este formato. Exemplo 1.4.8 Pelo exemplo 1.4.4, temos: Logo o pre¸o do hamburguer ´ R$ 4,00, o do suco de laranja ´ R$ 2,50 e o da c e e cocaca ´ R$ 3,50. e Respostas: R$4,00, R$2,50 e R$3, 50 Exemplo 1.4.9 Pelo exemplo 1.4.5, temos: a) Portanto o n´mero do cal¸ado ser´ 35. u c a b) Portanto o maior tamanho de p´ ser´ 24, 8 cm. e a Respostas: a) 35 b) 24,8 cm
  • 13.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 13 1.5 Modelos de disserta¸˜o ca Trataremos, aqui, do tipo de disserta¸˜o que interessa ao aluno do Ensino ca M´dio. Em especial, daremos nesta se¸˜o uma contextualiza¸˜o para a formali- e ca ca za¸˜o do texto. ca 1.5.1 A disserta¸˜o escolar ca O aluno de Ensino M´dio, principalmente o vestibulando, depara-se com uma e grande dificuldade de elaborar textos matem´ticos. A express˜o das id´ias ´ algo a a e e a ser conquistado, e em geral, o aluno precisa adquirir uma certa maturidade para expressar suas id´ias de forma t˜o precisa. e a Apesar de tratarmos aqui de alguns aspectos da cria¸˜o de textos, sabemos ca o esfor¸o que o aluno ter´ para aprender a escrever uma disserta¸˜o, ao longo de c a ca toda a sua forma¸˜o escolar ca 1.5.2 “Receita” para um texto dissertativo Considerando toda a formaliza¸˜o apresentada at´ aqui, observe a s´ ca e ıntese das principais id´ias de como elaborar um texto dissertativo. e • Como come¸ar? c Leia atentamente e interprete o enunciado. • Como elaborar? Comece dizendo quais s˜o as vari´veis do problema, bem como a qual a a conjunto elas pertencem. • Como argumentar? Seja claro e siga uma sequencia l´gica no desenvolvimento, utilizando de o forma moderada a simbologia matem´tica. a • Como concluir? Para concluir, interprete o rac´ ıocinio desenvolvido e escreva a resposta. Etapas para elaborar uma disserta¸˜o ca 1. Ler atentamente o tema e refletir sobre o assunto. 2. Fazer um esbo¸o do encadeamento das id´ias. c e 3. Ler o texto, submetendo-o a uma avalia¸˜o cr´ ca ıtica. 4. Pass´-lo a limpo. a Orienta¸˜o para elaborar uma disserta¸˜o ca ca • Seu texto deve apresentar introdu¸˜o, desenvolvimento e conclus˜o. ca a • Redija na 3o pessoa do singular ou do plural, ou ainda na 1o pessoa do plural. Por exemplo:
  • 14.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 14 ◦ Sejam a, b, c vari´veis . . . a ◦ Sabemos que a2 = b2 + c2 . . . ◦ Tome f (x) = x2 . . . ◦ Desta forma obtemos o polinˆmio p(x) = x2 − 1 . . . o • Se n˜o souber resolver o exerc´ a ıcio, n˜o tente inventar teorias matem´ticas a a para aparentar resolvˆ-lo. e • N˜o construa frases embromat´rias. Verifique se as palavras e s´ a o ımbolos empregados s˜o fundamentais e informativos. a • N˜o utilize s´ a ımbolos em demasia; isso pode tornar seu texto enfadonho. • Observe se h´ repeti¸˜o de id´ias, falta de clareza e constru¸˜es sem nexo. a ca e co • Verifique se os argumentos utilizados s˜o convincentes. a • Tente citar os nomes dos principais teoremas e resultados da teoria que est´ utilizando, isso enriquece o texto, mas cuidado para n˜o utiliz´-los a a a erroneamente. • N˜o utilize abrevia¸˜es das palavras usuais sa L´ a co ıngua Portuguesa: vocˆ e corre o risco do leitor n˜o enterder o que quer dizer. a 1.5.3 Exemplos de textos dissertativos - Exerc´ ıcios de vestibular Exerc´ ıcio 1.5.1 Em uma determinada residˆncia, o consumo mensal de ´gua e a com descarga de banheiro corresponde a 33% do consumo total e com higiene pessoal, 25% do total. No mˆs de novembro foram consumidos 25 000 litros de e ´gua no total e, da quantidade usada pela residˆncia nesse mˆs para descarga de a e e banheiro e higiene pessoal, uma adolescente, residente na casa, consumiu 40%. Determine a quantidade de ´gua, em litros, consumida pela adolescente no mˆs a e de novembro com esses dois itens: descarga de banheiro e higiene pessoal. Resolu¸˜o: Sejam Qd , Qh e Qa , respectivamente, as quantidades de descarga ca de banheiro, higiene pessoal e total de ´gua consumida, por essa adolescente. a Temos: Qd = 25% · 25000 = 6250 Qh = 33% · 25000 = 8250 Logo, Qa = (40% · Qd ) + (40% · Qh ) = (40% · 6250) + (40% · 8250) = = 2500 + 3300 = 5800 Portanto a adolescente gastou 2500 litros com descarga, 3300 litros com higiene pessoal, somando no total 5800 litros. Resposta: 2500 litros, 3300 litros e 5800 litros
  • 15.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 15 Exerc´ ıcio 1.5.2 Uma empresa pretende, no ano de 2006, reduzir em 5% a produ¸˜o de CO2 com a queima de combust´ de sua frota de carros, diminuindo ca ıvel a quantidade de quilˆmetros a serem rodados no ano. O total de quilˆmetros ro- o o dados pelos carros dessa empresa em 2005 foi de 199 200 km. Cada carro faz em m´dia 12 km por litro de gasolina, e a queima de cada 415 litros desse com- e bust´ pelos carros da empresa produz aproximadamente uma tonelada de CO2 . ıvel Mantidas as mesmas condi¸˜es para os carros, em termos de consumo e queima co de combust´ ıvel, determine quantas toneladas a menos de CO2 os carros da em- presa deixariam de emitir em 2006, relativamente ao ano de 2005. Resolu¸˜o: Sejam Ql e Qt , respectivamente, a quantidade de combust´ ca ıvel, em litros, em 2005, e a quantidade, em toneladas, de CO2 produzida pela queima desse combust´ ıvel, ent˜o: a 199200 Ql = = 16600 12 16600 Qt = = 40 415 Portanto os carros deixariam de emitir 5% de 40t, que ´ igual a 2t. e Resposta: 2t (ou 2 toneladas) Exerc´ ıcio 1.5.3 Seja x o n´mero de anos decorridos a partir de 1960 (x = 0). u A fun¸˜o y = f (x) = x+320 fornece, aproximadamente, a m´dia de concentra¸˜o ca e ca de CO2 na atmosfera em ppm (partes por milh˜o) em fun¸˜o de x. A m´dia de a ca e varia¸˜o do n´ ca ıvel do mar, em cm, em fun¸ao de x, ´ dada aproximadamente c˜ e pela fun¸˜o g(x) = x . Seja h a fun¸˜o que fornece a m´dia de varia¸˜o do ca 5 ca e ca n´ do mar em fun¸˜o da concentra¸˜o de CO2 . No diagrama seguinte est˜o ıvel ca ca a representadas as fun¸˜es f , g e h. co g T / MV < h zzzz f zz zz C T : tempo (anos) M V : M´dia da varia¸˜o do n´ do mar(cm) e ca ıvel C: Concentra¸˜o de CO2 (ppm) ca Determine a express˜o de h em fun¸˜o de y e calcule quantos cent´ a ca ımetros o n´ do mar ter´ aumentado quando a concentra¸˜o de CO2 na atmosfera for ıvel a ca de 400 ppm. Resolu¸˜o: Sejam f , g e h, como no enunciado, ca e seja ainda p : R −→ R, tal que, y → p(y). Sabemos que: y = f (x) = x + 320, ent˜o x = y − 320. Tome p(y) = y − 320, logo a 1 h(y) = g ◦ p(y) =⇒ h(y) = · (y − 320) 5
  • 16.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 16 400 − 320 Ent˜o: h(400) = a 5 O n´ do mar ter´ subido 16cm. ıvel a 1 Resposta: h(y) = 5 · (y − 320) e 16 cm Exerc´ ıcio 1.5.4 Considere a matriz   x 1 x A= 0 x 1− x 2  2 0 x O determinante de A ´ um polinˆmio p(x). e o a) Verifique se 2 ´ uma raiz de p(x). e b) Determine todas as ra´ ızes de p(x). Resolu¸ao: c˜ a) Seja A como no enunciado, como o determinante de A ´ p(x), ent˜o e a p(x) = x3 − 2x2 − x + 2. Logo p(2) = 8 − 8 − 2 + 2 = 0 Portanto 2 ´ raiz de p(x). e b) Pelo item a, 2 ´ raiz de p(x) e Utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini, temos: 2 1 -2 -1 2 1 0 -1 0 Desta forma obtemos o polinˆmio p(x) = x2 − 1, cujo as ra´ o ızes s˜o: ±1. a Ent˜o S = {−1, 1, 2} a Respostas: a) 2 ´ raiz de p(x) e b) -1,1 e 2. Exerc´ ıcio 1.5.5 Um polinˆmio de grau 3 possui trˆs ra´ o e ızes reais que, colocadas em ordem crescente, formam uma progress˜o aritm´tica em que a soma dos a e termos ´ igual a 9 . A diferen¸a entre o quadrado da maior raiz e o quadrado e 5 c da menor raiz ´ 24 . Sabendo-se que o coeficiente do termo de maior grau do e 5 polinˆmio ´ 5, determine o e a) a progress˜o aritm´tica. a e b) o coeficiente do termo de grau 1 desse polinˆmio. o
  • 17.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 17 Resolu¸ao: c˜ a) Sejam a − r, a e a + r as trˆs ra´ e ızes em progress˜o aritm´tica com r 0, a e temos, pelo enunciado:  9  a = 3  a−r + a + a+r = 5 5 24 =⇒ (a + r)2 − (a − r)2 = 5   r = 2 Logo a progress˜o aritm´tica ser´: a e a 7 3 13 − , e 5 5 5 b) Pelo enunciado, temos P (x) = a3 x3 + a2 x2 + a1 x + 5. Pelas rela¸oes de c˜ Girard, temos: a2 7 3 7 13 3 13 73 = − · + − · + · =− 5 5 5 5 5 5 5 5 Respostas: a) − 7 , 3 e 5 5 13 5 b) − 73 5 Exerc´ıcio 1.5.6 Em uma progress˜o aritm´tica a1 , a2 , . . . , an . . . a soma dos n a e primeiros termos ´ dada por Sn = bn e 2 + n sendo b um n´mero real. Sabendo-se u que a3 = 7 , determine a) o valor de b e a raz˜o da progress˜o aritm´tica. a a e b) o 20o termo da progress˜o. a c) a soma dos 20 primeiros termos da progress˜o. a Resolu¸ao: c˜ a) Admitindo que Sn = bn2 + n ´ v´lida, ent˜o: e a a 6 7 = a3 = S3 − S2 = b22 + 2 − b32 − 3 = 5b + 1 =⇒ b = 5 6 23 a2 = S2 − S1 = 3b + 1 = 3 · +1= 5 5 Portanto a raz˜o ser´: a a 23 12 r = a3 − a2 = 7 − = 5 5 b) Temos que 6 239 a20 = S20 − S19 = b202 + 20 − b192 − 19 = 39b + 1 = 39 · = 5 5
  • 18.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 18 c) Utilizando a express˜o fornecida pelo enunciado, temos: a S20 = b202 + 20 = 500 Respostas: 6 12 a) b = er= 5 5 239 b) a20 = 5 c) S20 = 500
  • 19.
    CAP´ ¸˜ ITULO 1. FORMALIZACAO DO TEXTO 19 1.6 Exerc´ ıcios propostos 1. Sejam a e b n´meros inteiros e seja N(a, b) a soma do quadrado da diferen¸a u c entre a e b com o dobro do produto de a por b. a) Calcule N(3, 9). b) Calcule N(a, 3a) e diga qual ´ o algarismo final de N(a, 3a) para e qualquer a ∈ Z. 2. Em Matem´tica, um n´mero natural a ´ chamado pal´ a u e ındromo se seus al- garismos, escritos em ordem inversa, produzem o mesmo n´mero. Por u exemplo, 8, 22 e 373 s˜o pal´ a ındromos. Pergunta-se: a) Quantos n´meros naturais pal´ u ındromos existem entre 1 e 9 999? b) Escolhendo-se ao acaso um n´mero natural entre 1 e 9 999, qual ´ a u e probabilidade de que esse n´mero seja pal´ u ındromo? Tal probabilidade ´ maior ou menor que 2%? Justifique sua resposta. e 3. Se Am´lia der R$ 3,00 a L´cia, ent˜o ambas ficar˜o com a mesma quantia. e u a a Se Maria der um ter¸o do que tem a L´cia, ent˜o esta ficar´ com R$ 6,00 c u a a a mais do que Am´lia. Se Am´lia perder a metade do que tem, ficar´ com e e a uma quantia igual a um ter¸o do que possui Maria. Quanto possui cada c uma das meninas Am´lia, L´cia e Maria? e u 4. Sejam a e b dois n´meros inteiros positivos tais que mdc(a, b) = 5 e o u mmc(a, b) = 105. a) Qual ´ o valor de b se a = 35? e b) Encontre todos os valores poss´ ıveis para (a, b). 5. Dada a equa¸˜o polinomial com coeficientes reais ca x3 − 5x2 + 9x − a = 0 a) Encontre o valor num´rico de a de modo que o n´mero complexo 2 + i e u seja uma das ra´ ızes da referida equa¸ao. c˜ b) Para o valor de a, encontrado no item anterior, determine as outras duas ra´ ızes da mesma equa¸˜o. ca
  • 20.
    Cap´ ıtulo 2 L´gica matem´tica o a O objetivo deste cap´ ıtulo ´ mostrar a importˆncia da l´gica matem´tica tanto e a o a na demonstra¸˜o de teoremas quanto na leitura de enunciados e produ¸˜es de ca co textos. 2.1 Defini¸oes gerais c˜ Defini¸˜o 2.1.1 Uma proposi¸˜o ´ todo o conjunto de palavras ou s´ ca ca e ımbolos que exprimem um pensamento de sentido completo. Exemplo 2.1.1 Vejamos agora alguns exemplos de proposi¸˜es. co a) A Lua ´ um Sat´lite da Terra. e e b) Recife ´ a Capital de Pernambuco. e c) 5 ´ a raiz quadrada de 25. e d) 9 = 2 · 4 + 1 Defini¸˜o 2.1.2 Chamam-se conectivos palavras que se usam para formar no- ca vas proposi¸˜es a partir de outras. co Estudaremos apenas os conectivos: a) e b) ou c) N˜o a d) Se, ent˜o a e) Se, e somente se Pois s˜o os mais utilizados em l´gica matem´tica. a o a Exemplo 2.1.2 Vejamos alguns exemplos de proposi¸˜es formadas por outra co proposi¸˜es utilizando os conectivos listados acima. co 20
  • 21.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 21 a) O n´mero 6 ´ par e o n´mero 8 ´ cubo perfeito. u e u e b) O triˆngulo ABC ´ retˆngulo ou ´ is´sceles. a e a e o c) N˜o est´ chovendo. a a d) Se Jorge ´ Policial, ent˜o ele tem arma. e a e) O triˆngulo ABC ´ eq¨il´tero se, e somente se ´ eq¨iˆngulo. a e u a e ua 2.2 Princ´ ıpios da l´gica matem´tica o a Enunciaremos aqui os dois prnc´ ıpios da l´gica matem´tica. o a 2.2.1 N˜o contradi¸˜o a ca Uma proposi¸˜o n˜o pode ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo. ca a 2.2.2 Terceiro exclu´ ıdo Toda proposi¸˜o ou ´ verdadeira ou ´ falsa, isto ´, verifica-se sempre um ca e e e destes casos e nunca um terceiro. 2.3 Proposi¸oes do tipo “se A, ent˜o B” c˜ a Encontra-se com freq¨ˆncia um tipo de proposi¸˜o importante em Matem´tica: ue ca a as proposi¸˜es da forma se A, ent˜o B, onde, A e B s˜o proposi¸˜es. Note que co a a co formamos esta proposi¸˜o utilizando o conectivo Se, ent˜o, mostrado anterior- ca a mente. Esta comumente chamada de “implica¸˜o l´gica”. ca o Exemplo 2.3.1 Os exemplos a seguir ser˜o utilizados em todo cap´ a ıtulo. ¸˜ Proposicao 2.3.1 Se m e n s˜o inteiros pares, ent˜o o produto ´ um inteiro a a e par. ¸˜ ımpar, ent˜o m = 2k 2 + 1 , para algum Proposicao 2.3.2 Se m ´ inteiro ´ e a n´mero inteiro k. u Na proposi¸˜o 2.3.1, A ´ a proposi¸˜o ”m e n s˜o inteiros pares”, e B ´ a ca e ca a e proposi¸˜o ”produto m · n ´ um inteiro par”. ca e Na proposi¸˜o 2.3.2, A ´ a senten¸a ”m ´ inteiro ´ ca e c e ımpar”, e B ´ a senten¸a e c ”m = 2k 2 + 1, para algum n´ mero inteiro k.” u A partir de agora, chamaremos A de hip´tese e B de Tese. o Analisando as proposi¸˜es acima, o leitor pode se perguntar: ”As proposi¸˜es co co acima sempre s˜o verdadeiras?”, ou ainda: ”Proposi¸˜es do tipo se A, ent˜o B s˜o a co a a sempre verdadeiras?”. A resposta para essas perguntas ´ n˜o, vejamos quando e a uma proposi¸˜o deste tipo ´ verdadeira. ca e
  • 22.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 22 Uma proposi¸˜o ”Se A, ent˜o B”´ verdadeira quando em todas ca a e as situa¸˜es nas quais a hip´tese seja verdadeira co o a tese tamb´m seja verdadeira. e Ent˜o podemos concluir que uma proposi¸˜o ”Se A, ent˜o B”´ falsa quando a ca a e em pelo menos uma situa¸˜o a hip´tese seja verdadeira a tese seja falsa. Neste ca o caso, dizemos que a proposi¸˜o possui um contra-exemplo, ou seja, um exemplo ca que mostra que a proposi¸˜o ´ falsa. ca e Vejamos, abaixo, um contra-exemplo para a proposi¸˜o 2. ca e ımpar e 5 = 2k 2 +1, Exemplo 2.3.2 Tome o inteiro 5, sabemos que o mesmo ´ ´ para qualquer que seja k. (Experimente!) Cuidado: Enquanto um s´ contra-exemplo permite concluir o que uma proposi¸˜o ´ falsa, ca e n˜o basta exibir exemplos para a mostrar que uma proposi¸˜o seja verdadeira. ca Mais adiante veremos como mostrar quando uma proposi¸˜o ´ verdadeira, ca e mas vejamos primeiro como podemos reformular uma proposi¸˜o deste tipo. ca • A implica B. • A =⇒ B. • Se A for verdadeira, ent˜o B ser´ verdadeira. a a • A ´ uma condi¸˜o suficiente para B e ca • B ´ uma condi¸˜o necess´ria para A. e ca a 2.4 A rec´ ıproca de uma proposi¸˜o ca Considere uma proposi¸˜o do tipo “Se A‘, ent˜o B”, a proposi¸˜o “Se B, ca a ca ent˜o A” ´ dita ser a rec´ a e ıproca da proposi¸˜o inicial. ca Exemplo 2.4.1 Se a proposi¸˜o ´ verdadeira n˜o significa que a rec´ ca e a ıproca seja verdadeira e vice-versa, por isso estudaremos o caso quando ambas s˜o verdadeiras. a 2.5 Proposi¸oes do tipo “A se, e somente se B” c˜ Como foi dito anteriormente, se tivermos que uma proposi¸˜o e sua rec´ ca ıproca sejam ambas verdadeiras, ent˜o teremos uma proposi¸˜o “A se, e somente se B”. a ca De forma an´loga, mostraremos as formas equivalentes de enunciar este tipo a de proposi¸˜o. ca • A implica B e reciprocamente
  • 23.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 23 • A ⇐⇒ B • A ´ verdadeira se, e somente se, B for verdadeira e • A ´ uma condi¸˜o necess´ria e suficiente para B e ca a • A e B s˜o equivalentes. a Uma proposi¸˜o “A se, e somente se B” ´ verdadeira ca e quando “Se A, ent˜o B” e “Se B, ent˜o A” s˜o verdadeiras.. a a a Observa¸˜o: Se tivermos, por exemplo, duas defini¸˜es equivalentes, ent˜o ca co a deveremos mostrar que a primeira implica na segunda e a segunda na primeira. 2.6 Nega¸˜o de uma Proposi¸˜o ca ca Ser´ de extrema importˆncia o conceito de nega¸˜o de uma proposi¸˜o, n˜o a a ca ca a que isso ir´ de fato mudar sua vida, mas geralmente muitos alunos cometem erros a quando tentam negar proposi¸˜es. Denotaremos a nega¸˜o de uma proposi¸˜o co ca ca P por n˜o P , ou simplesmente por ∼ P . a Exemplo 2.6.1 ”Rodrigo n˜o ´ cantor.” ´ a nega¸˜o da proposi¸˜o ”Rodrigo ´ a e e ca ca e cantor.” 2.6.1 Nega¸˜o de conectivos ca Quando negamos uma proposi¸˜o nossa intui¸˜o falha quando tentamos negar ca ca conectivos. Vejamos como fazer isso. 1. N˜o “e” = “ou” a 2. N˜o “ou” = “e” a 3. N˜o “Para todo” = “Existe” a 4. “N˜o Existe” = “Para todo” a Vejamos alguns exemplo de nega¸˜es de proposi¸˜es co co Exemplo 2.6.2 Vamos negar as proposi¸˜es abaixo: co a) Eu tenho um carro. b) Renato ´ aluno e mecˆnico. e a c) Para toda tampa existe uma panela. Ent˜o a nega¸˜o ser´: a ca a a) Eu n˜o tenho um carro. a b) Renato n˜o ´ aluno ou mecˆnico. a e a c) Existe uma panela que N˜o tem tampa. a
  • 24.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 24 2.7 Exerc´ ıcios resolvidos Exerc´ ıcio 2.7.1 Se algu´m te dissesse: “Se fizer Sol ent˜o eu vou ` praia”, e e a a dias depois vocˆ visse essa pessoa na praia o que vocˆ concluiria? e e Resolu¸˜o: ca Nada podemos concluir, pois se trata de uma proposi¸˜o do tipo “Se A, ent˜o ca a B”, logo, se B, ´ verdadeira n˜o, podemos concluir que A ´ verdadeira. (Pode e a e estar chovendo e ele estar na praia, pois a afirma¸˜o n˜o diz nada sobre quando ca a estiver chovendo). 2.8 Tipos de Demonstra¸oes c˜ Vejamos como podemos responder a quest˜o deixada na se¸˜o anterior, ou a ca seja, como podemos demonstrar (mostrar, provar,..) que uma proposi¸˜o ´ ver- ca e dadeira. Infelizmente n˜o existe um m´todo pr´tico para fazer isso em qualquer a e a situa¸˜o, ali´s existem problemas abertos na matem´tica que ainda n˜o se sabe ca a a a como demonstrar e prˆmios que valem US$ 1.000.000. Mas podemos respon- e der outra pergunta: “Quais s˜o as maneiras de se provar uma proposi¸˜o?” , a ca vejamos abaixo, como classific´-las: a 1. Demonstra¸˜o direta ca 2. Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos ca o 3. Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo) ca ca Ao final de cada demonstra¸˜o, devemos indicar ao leitor o seu t´rmino. Isso ca e pode ser feito de duas formas: utilizando o s´ ımbolo ou a sigla c.q.d . 2.8.1 Demonstra¸˜o direta ca Neste tipo de demonstra¸˜o, verificamos todos os casos em que a proposi¸˜o ca ca ´ seja verdadeira. E bom lembrar que isto s´ acontece quando temos um n´mero o u finito de casos para verificar. Exemplo 2.8.1 Considere a proposi¸˜o ”Se n ∈ {3, 5, 17, 31}, ent˜o n ´ um ca a e n´mero primo” u verificaremos os casos em que a proposi¸˜o seja verdadeira. ca Como podemos ver, todos os n´meros deste conjunto s˜o primos, logo a proposi¸˜o u a ca ´ verdadeira. e Exemplo 2.8.2 Prove que o conjunto P = {6, 28, 496}, possui pelo menos 2 n´meros perfeitos . u Prova: Vejamos, os divisores pr´prios de 6 s˜o 3, 2 e 1 e 6 = 3 + 2 + 1 o a e analogamente temos que 1 + 2 + 4 + 7 + 14 = 28, logo 6 e 28 s˜o n´meros a u perfeitos. Portanto P possui pelo menos 2 n´meros perfeitos. u
  • 25.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 25 2.8.2 Demonstra¸˜o por meio de argumentos l´gicos ca o Esse tipo ´ a mais utilizada, talvez a id´ia mais intuitiva quando tentamos e e fazer uma demonstra¸˜o. O objetivo ´ concluir a veracidade da tese com ar- ca e gurmentos l´gicos e sempre utilizando as hip´teses. Embora pare¸a f´cil, n˜o o o c a a existe um m´todo pr´tico para este tipo de demonstra¸˜o; ali´s, essa ´ a maior e a ca a e dificuldade de se provar proposi¸˜es. co Veremos agora alguns exemplos de demonstra¸˜es. co Exemplo 2.8.3 Prove que o quadrado de um n´mero par ´ sempre par e o u e quadrado de um n´mero ´ u ımpar ´ sempre ´ e ımpar. Prova: Seja x um n´mero par, ent˜o x = 2n, para algum n ∈ Z, elevando x ao quadrado, u a temos x2 = (2n)2 , ent˜o x2 = 22 n2 = 2(2n2 ). Logo x2 ´ par. a e Analogamente, seja x um n´mero ´ u ımpar, ent˜o x = 2n+1, para algum n ∈ Z, a elevando x ao quadrado, temos x2 = (2n + 1)2 , ent˜o x2 = (2n)2 + 2(2n) + 1 = a 2(2n 2 + 2n) + 1. Logo x2 ´ ´ e ımpar. Exemplo 2.8.4 Prove que p(x) = x2 − 5x + 6 e q(x) = x2 − 1, n˜o possuem a ra´ ızes em comum. Prova: Achando as ra´ ızes de p(x) x2 − 5x + 6 = 0, ent˜o por B´skara x = 2 ou x = 3 a a Portanto S1 = {2, 3} Achando as ra´ ızes de q(x) x2 − 1 = 0 x2 = 1 x = ±1, Portanto S2 = {−1, 1} Como S1 ∩ S2 = ∅, ent˜o p(x) e q(x) n˜o possuem ra´ a a ızes em comum.
  • 26.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 26 2.8.3 Demonstra¸˜o por contradi¸˜o (ou por absurdo) ca ca Este tipo de demonstra¸˜o ´ muito comum em matem´tica, apesar de n˜o ca e a a ser natural aos iniciantes. Para provamos uma proposi¸˜o por absurdo, procedemos da seguinte maneira: ca Negamos a tese e chegamos na nega¸˜o da hip´tese. Veremos agora alguns e- ca o xemplos. Exemplo 2.8.5 Prove que p(x) = x2 − 5x + 6 e q(x) = x2 − 1, n˜o possuem a ra´ ızes em comum. Prova: Vamos supor por absurdo que p(x) e q(x) possuam pelo menos uma raiz em comum. Ent˜o existe um n´mero a tal que p(a) = q(a) a u a2 − 5a + 6 = a2 − 1 Ent˜o a 5a − 6 = 1, 7 Logo a = 5 Como p( 7 ) 5 = 0, ent˜o chegamos num absurdo. a Portanto p(x) e q(x) n˜o possuem ra´ a ızes em comum. √ Exemplo 2.8.6 Prove que 2 n˜o ´ um n´mero racional . a e u √ Prova: Vamos supor por absurdo que 2 ∈ Q, ent˜o existem p ∈ Z e q ∈ Z∗ , √ a tais que p = 2, seja uma fra¸˜o irredut´ q ca ıvel. Elevando ao quadrado, temos: 2 p =2 q p2 =2 q2 p2 = 2q 2 , Ent˜o p2 ´ par. a e Afirma¸˜o: p2 ´ par, ent˜o p tamb´m ´ par. ca e a e e Vamos supor por absurdo que p fosse ´ ımpar, ent˜o p = 2k + 1, para algum a k ∈ Z =⇒ p2 = (2k)2 + 2(2k) + 1 = 2(2k 2 + 2k) + 1, logo p2 ´ ´ e ımpar. Mas isso ´ um absurdo, pois p2 ´ par. e e Ent˜o p ´ par. a e Como p ´ par, ent˜o p = 2a. Logo e a (2a)2 = 2q 2 2a2 = q 2 , Analogamente q 2 ´ par e portanto q ´ par. e e p Portanto q ´ uma fra¸˜o redut´ e ca ıvel, pois p e q s˜o ambos pares. a
  • 27.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 27 o que ´ um absurdo, pois p ´ uma fra¸˜o irredut´ e q e ca ıvel. √ Logo 2 n˜o ´ um n´mero racional. a e u 2.9 Nomenclatura para proposi¸oes c˜ Estudamos at´ agora um tipo especial de proposi¸˜es, mas veremos que exis- e co tem contextos em que nomeamos estes tipos de proposi¸˜es. Vejamos agora esta co nomenclatura. • Axioma: Proposi¸˜o aceita como verdadeira. ca • Teorema: Proposi¸˜o que pode ser demonstrada. ca • Lema: Teorema usado na demonstra¸˜es de outros teoremas principais. co • Corol´rio: Consequˆncia imediata de um teorema. a e
  • 28.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 28 2.10 Exerc´ ıcios Resolvidos Exerc´ ıcio 2.10.1 Sejam A e B duas matrizes de ordem n × n, tal que n ´ e inteiro. Sabendo que det(A · B) = det(A) · det(B): a) Mostre o resultado para o caso particular n = 2. b) Mostre que det(A) · det(A−1 ) = 1, onde A−1 ´ a inversa de A. e Resolu¸ao: c˜ a11 a12 b11 b12 a) Tome A = e B = , ent˜o fazendo a multi- a a21 a22 b21 b22 plica¸˜o de matrizes temos: ca a11 a12 b11 b12 a11 · b11 + a12 · b21 a11 · b12 + a12 · b22 · = a21 a22 b21 b22 a21 · b11 + a22 · b21 a21 · b12 + a22 · b22 Calculando det(A · B), temos: det(A · B) = (a11 ·b11 +a12 ·b21 )(a21 ·b12 +a22 ·b22 )−(a21 ·b11 +a22 ·b21 )(a11 ·b12 +a12 ·b22 ) = (a11 · b11 · a21 · b12 + a12 · b21 · a21 · b12 + a11 · b11 · a22 · b22 + a12 · b21 · a22 · b22 )− (a21 · b11 · a11 · b12 + a22 · b21 · a11 · b12 + a21 · b11 · a12 · b22 + a22 · b21 · a12 · b22 ) = (a11 · a22 · b11 · b22 + a12 · a21 · b12 · b21 ) − (a11 · a22 · b12 · b21 + a12 · a21 · b11 · b22 ) = a11 · a22 · b11 · b22 − a11 · a22 · b12 · b21 − a12 · a21 · b11 · b22 + a12 · a21 · b12 · b21 = (a11 · a22 − a12 · a21 )(b11 · b22 − b12 · b21 ) = det(A) · det(B). b) Sabemos que A · A−1 = In , ent˜o det(A) · det(A−1 ) = det(A · A−1 ) = a det(In ) = 1 Exerc´ ıcio 2.10.2 Sejam α, β e γ os ˆngulos internos de um triˆngulo. a a a) Mostre que as tangentes desses trˆs ˆngulos n˜o podem ser, todas elas, e a a maiores ou iguais a 2. b) Supondo que as tangentes dos trˆs ˆngulos sejam n´meros inteiros posi- e a u tivos, calcule essas tangentes.
  • 29.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 29 Resolu¸˜o: ca a) Suponha por absurdo que as trˆs tangentes sejam maiores ou iguais a 2, e ou seja,    tg(α) 2  α 60o tg(β) 2 =⇒ β 60o   tg(γ) 2 γ 60o Ent˜o chegamos num absurdo, que α + β + γ 180o . a b) Sabemos que α + β = 180o − γ, ent˜o: a tg(α + β) = tg(−γ) = −tg(γ), ent˜o a tg(α) + tg(β) = −tg(γ) 1 − tg(α) · tg(β) tg(α) + tg(β) = −tg(γ) + tg(α) · tg(β) · tg(γ) tg(α) + tg(β) + tg(γ) = tg(α) · tg(β) · tg(γ). Pelo item a, sabemos que as tangentes n˜o podem ser todas elas maiores a que 2, ent˜o sabemos que pelo menos uma das tangentes ´ igual a 1, pois a e s˜o n´meros inteiros, supondo digamos que tg(α) = 1, ent˜o a u a 1 + tg(β) + tg(γ) = tg(β) · tg(γ). Como todas as tangentes s˜o n´meros inteiros positivos, ent˜o basta a u a testar um n´mero pequeno que casos e concluir que tg(α) = 1, tg(β) = 2 e u tg(γ) = 3. Respostas: a) Demosntra¸˜o ca b) 1, 2 e 3 Exerc´ ıcio 2.10.3 Sejam x = 1 e y = 0, 999 . . . (d´ ızima per´ ıodica). Quais das afirma¸˜es s˜o verdadeiras? co a a) x y b) x = y c) x y Justifique rigorosamente sua resposta. Resolu¸˜o: Exibiremos duas maneiras para resolver esse exerc´ ca ıcio.
  • 30.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 30 1o Modo Sabemos que y = 0, 999 . . ., ent˜o 10y = 9, 999 . . .. a Subtraindo a segunda equa¸˜o pela primeira, temos: ca 10y − y = 9, 999 . . . − 0, 999 . . . =⇒ 9y = 9 =⇒ y = 1, e portanto x = y. 2o Modo Sabemos que y = 0, 999 . . ., ent˜o escrevendo y uma forma diferente, a temos: y = 0, 999 . . . = 0, 9 + 0, 09 + 0, 009 + 0, 0009 + . . . que ´ nada mais do que uma soma infinita de uma e P.G. (0, 9; 0, 09; 0, 009; 0, 0009; . . .)r=10−1 , logo 0, 9 0, 9 y = 0, 999 . . . = 0, 9+0, 09+0, 009+0, 0009+. . . = −1 = = 1 = x, 1 − 10 0, 9 logo x = y. Alternativa b 1 Exerc´ıcio 2.10.4 Considere as fun¸˜es f (x) = log3 (9x2 ) e g(x) = log3 ( x ), co definidas para todo x 0. a) Resolva as equa¸oes f (x) = 1 e g(x) = −3 c˜ b) Mostre que 1 + f (x) + g(x) = 3 + log3 x Resolu¸ao: c˜ √ 1 3 a) log3 (9x2 ) = 1=⇒9x2 = 3=⇒x2 = =⇒x = ± , mas como tinhamos a 3 3 condi¸˜o x 0. ca √ 3 Ent˜o S = { a } 3 1 1 1 log3 ( x ) = −3 =⇒ = =⇒ x = 27. x 27 Ent˜o S = {27} a b) Temos que: 1 1 + f (x) + g(x) = 1 + log3 (9x2 ) + log3 ( ) = x 1 1 log3 (3) + log3 (9x2 ) + log3 ( ) = log3 (3 · 9x2 · ) = x x log3 (33 x) = log3 (33 ) + log3 (x) = 3 + log3
  • 31.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 31 2.11 Exerc´ ıcios Propostos 1. Sejam a e b n´meros naturais, mostre que: u a) Se a e b s˜o pares, ent˜o a + b ´ par. a a e b) Se a e b s˜o pares, ent˜o a · b ´ par. a a e c) Se a e b s˜o ´ a ımpares, ent˜o a + b ´ par. a e d) Se a e b s˜o ´ a ımpares, ent˜o a · b ´ ´ a e ımpar. 2. Prove as seguintes igualdades trigonom´tricas: e 1 1 a) cos(a2 ) = 2 + 2 cos2a 1 1 b) sen(a2 ) = 2 − 2 cos2a c) sen(a + b) · sen(a − b) = cos2 a − cos2 b 3. Prove que: a) A fun¸˜o f : X −→ Y ´ injetora se, e somente se, existe uma fun¸˜o ca e ca g : Y −→ X tal que g(f (x)) = x, para todo x ∈ X. b) A fun¸˜o f : X −→ Y ´ sobrejetora se, e somente se, existe uma ca e fun¸˜o h : Y −→ X tal que f (h(y)) = y, para todo y ∈ Y . ca 4. Mostre que se a 0, b 0 e c 0, c = 1 ent˜o: a a logc ( ) = logc (a) − logc (b) b 5. Demonstre que a mediana relativa ` base de um triˆngulo is´sceles ´ a a o e tamb´m bissetriz. e 6. Demonstre que a bissetriz relativa ` base de um triˆngulo is´sceles ´ tamb´m a a o e e mediana. 7. Demonstre que as medianas relativas aos lados congruentes de um triˆngulo a is´sceles s˜o congruentes. o a 8. Enuncie e prove o teorema de Pit´goras. a
  • 32.
    Sugest˜es e Respostas o Cap. 1 1. a) Primeiro calcule a express˜o geral N (a, b) = (a − b)2 + 2ab = a2 + b2 , para a ent˜o concluir que N (3, 9) = 90. a b) Com a express˜o geral encontrada conclua que N (a, 3a) ´ um n´mero m´ltiplo a e u u de 10, logo possui final 0. 2. a) 198 n´meros pal´ u ındromos. 198 22 2 2 b) Calculando a probabilidade, temos = = = 2% 9999 1111 101 100 3. Am´lia possui 24 reais, L´cia possui 18 reais e Maria possui 36 reais. e u 4. a) Utilize a rela¸˜o mdc(a, b) · mmc(a, b) = a · b, ent˜o conclua que b = 15 ca a b) Decomponha 105 em n´meros primos e veja que o unico fator comum entre u ´ 105 e 35 ´ 5, ent˜o as unicas possibilidades s˜o (5; 105), (15; 35), (35; 15) e a ´ a ou (105; 5). 5. a) Substitua 2 + i na equa¸˜o e iguale a zero, obtendo a = 5. ca b) Utilize o teorema das ra´ complexas e conclua que 2 − i ´ uma outra raiz ızes e da equa¸˜o, utilize uma das rela¸˜es de Girard e conclua que 1 ´ a terceira ca co e raiz. Cap. 2 1. a) Tome a = 2k e b = 2n, ent˜o a + b = 2(k + n). Logo a + b ´ par. a e b) Tome a = 2k e b = 2n, ent˜o a · b = 2(k · n). Logo a · b ´ par. a e c) Tome a = 2k + 1 e b = 2n + 1, ent˜o a + b = 2(k + n + 1).Logo a + b ´ par. a e d) Tome a = 2k + 1 e b = 2n + 1, ent˜o a · b = 2[2(k · n) + (k · n)] + 1 =. Logo a a·b ´´ e ımpar. 2. a) Na f´rmula da soma de cossenos, cos(a + b) = cos(a) · cos(b) − sen(a) · sen(b), o tome a = b. Ent˜o cos(2a) = cos2 (a)−sen2 (a) = cos(2a) = 2cos2 (a)−1 =⇒ a cos(a2 ) = 1 + 1 cos2a 2 2 b) An´logo ao ”item a”. a c) Na f´rmula da soma e diferen¸a de senos, temos sen(a+b) = sen(a)·cos(b)+ o c sen(b) · cos(a) e sen(a − b) = sen(a) · cos(b) − sen(b) · cos(a). Ent˜o fa¸a a c sen(a + b) · sen(a − b) e conclua a igualdade. 3. a) Sabemos que f ´ injetora, logo se f (x1 ) = f (x2 ), ent˜o x1 = x2 , portanto e a tomamos g(x) = x, pois x1 = g(f (x1 )) = g(f (x2 )) = x2 . Reciprocamente, se existe uma g : Y −→ X tal que g(f (x)) = x, ent˜o em particular, g(f (x1 )) = a x1 e g(f (x2 )) = x2 , logo se f (x1 ) = f (x2 ), ent˜o x1 = x2 , o que implica que a f ´ injetora. e 32
  • 33.
    CAP´ ´ ´ ITULO 2. LOGICA MATEMATICA 33 4. Tome x = log( a )c , y = log(a)c e z = log(b)c . Pelas propriedades de logaritmo b cy e potencia¸˜o, temos: cx = a , cy = a e cz = b =⇒ cx = z = cy−z =⇒ x = ca b c y − z=⇒log( a )c = log(a)c − log(b)c . b 5. Tome um triˆngulo ABC is´sceles de base BC, seja M um ponto em BC, tal que a o AM seja a mediana. Por constru¸˜o AB ≡ AC e BM ≡ M C e B ≡ C, logo ca pelo caso LAL (lado ˆngulo lado), os triˆngulo ABM e ACM s˜o congruentes e a a a portanto os ˆngulos B AM e C AM s˜o congruentes e por isso AM tamb´m ´ a a a e e bissetriz do triˆngulo. a 6. An´logo ao anterior. a 7. Tome um triˆngulo ABC is´sceles de base BC, sejam M, N, pontos em AC e a o AB,respectivamente, tais que BM e CN sejam as medianas destes triˆngulos rela- a tivas aos lados AC e AB. Constru´ ımos, desta forma, dois triˆngulos ACN e ABM a congruentes pelo caso LAL, ent˜o conclu´ a ımos que BM e CN s˜o congruentes. a
  • 34.
    Apˆndice A e C´lculo de inversa de matrizes a A.1 Via sistemas lineares Defini¸˜o A.1.1 Seja A uma matriz quadrada de ordem n, se exister uma ma- ca triz quadrada A−1 de ordem n tal que A · A−1 = In e A−1 · A = In , onde In ´ a e matriz identidade de ordem n, ent˜o A−1 ´ dita ser a matriz inversa de A. a e Veremos agora atrav´s de um exemplo como podemos encontrar a matriz inversa e pela defini¸˜o. ca 2 1 x11 x12 Exemplo A.1.1 Seja A = , ent˜o tomamos A−1 = a , 1 2 x21 x22 usando a defini¸˜o, temos: ca 2 1 x11 x12 0 1 A · A−1 = I =⇒ · = 1 2 x21 x22 1 0 Fazendo a multiplica¸˜o das matrizes e igualdando matriz resultante com a ma- ca triz identidade, temos o seguinte sistema:   x11 = 2     3  2x11 + x21 = 1              2x12 +  12 = − 1  x   x22 = 0  3 =⇒   x11   1   + 2x21 = 1  x  21 = −         3    x12 + 2x22 = 0     x 2 22 = 3  2 1  −  3 3  Logo, A−1 =     1 2 − 3 3 34
  • 35.
    ˆ ´ APENDICE A. CALCULO DE INVERSA DE MATRIZES 35 A.2 Via matriz dos cofatores Com o uso deste m´todo ´ poss´ e e ıvel calcular inversas de matrizes de ordem maiores que 2 e 3, cujo os c´lculos pela defini¸˜o costumam ser longos. a ca Defini¸˜o A.2.1 Sejam M uma matriz quadrada de ordem n ≥ 2 e aij um ca elemento de M , definimos menor complementar do elemento aij , o deter- minante da matriz que se obt´m suprimindo a linha i e a coluna j de M e o e indicaremos por Dij . Defini¸˜o A.2.2 Sejam M uma matriz quadrada de ordem n ≥ 2 e aij um ca elemento de M , o cofator do elemento aij ´ dito ser, o n´mero (−1)i+j · aij · Dij e u e o indicaremos por Aij   4 3 4 Exemplo A.2.1 Seja A =  2 1 5 , calculando os cofatores de a11 = 4 e 3 3 2 a23 = 5 1 5 4 4 A11 = (−1)1+1 · = −6 e A23 = (−1)2+3 · = −6 3 2 3 2 Defini¸˜o A.2.3 Seja M uma matriz quadrada, a matriz formada pelos cofa- ca tores dos elemnetos de M ´ dita ser a matriz dos cofatores de M e ´ repre- e e sentada por M , ou seja,     a11 a12 . . . a1n A11 A12 . . . A1n  a21 a22 . . . a2n   A21 A22 . . . A2n       a31 a32 . . . a3n   A31 A32 . . . A3n  M =  =⇒ M =    . . . . .. . .   . . . . .. . .   . . . .   . . . .  an1 an2 . . . ann An1 An2 . . . Ann 2 1 Exemplo A.2.2 Seja M = , calculando os cofatores da matriz M , 1 2 temos A11 = 2, A12 = −1, A21 = −1 e A22 = −2 2 −1 M = −1 2   1 0 2 Exemplo A.2.3 Seja M =  2 1 3 , calculando os cofatores da matriz 3 1 0 M , temos A11 = −3, A12 = 9, A13 = −1, A21 = 2, A22 = −6, A23 = −1 A31 = −2, A32 = 1, A33 = 1
  • 36.
    ˆ ´ APENDICE A. CALCULO DE INVERSA DE MATRIZES 36   −3 9 −1 M =  2 −6 −1  −2 1 1 Defini¸˜o A.2.4 Seja M como na defini¸˜o anterior, a transposta da matriz ca ca dos cofatores ´ dita ser a matriz adjunta, e ´ denotada por e e M = (M )t . Teorema A.2.1 Seja M ´ uma matriz quadrada de ordem n e det(M ) = 0 e ent˜o a matriz inversa ´ dada por: a e M M −1 = . det(M )   1 0 2 Exemplo A.2.4 Seja M =  2 1 3 , Vemos facilmente que 3 1 0 det(M ) = −5, Ent˜o a     −3 9 −1 −3 2 −2 M =  2 −6 −1  =⇒ M =  9 −6 1  −2 1 1 −1 −1 1 Pelo teorema,   3 2 2 −  5 5 5       9 6 1  M −1 = −  5 −   5 5      1 1 3  − 5 5 5
  • 37.
    Apˆndice B e M´todo para resolu¸˜o de e ca sistemas lineares Sejam A, X e B matrizes, tais que A seja invert´ e ıvel A·X =B Como A ´ invert´ e ıvel ent˜o existe uma matriz A−1 tal que A · A−1 = In , onde a In ´ a matriz identidade de ordem n. Se multiplicarmos A · X = B, por A−1 , e teremos: A−1 · A · X = A−1 · B, Ent˜o a X = A−1 · B. E como vimos, conseguimos expressar a matrix X em fun¸˜o de A e B. ca Agora considere o sistema linear abaixo:   a11 x1 + a12 x2 + . . . a1n xn = b1    a21 x1 + a22 x2 + . . . a2n xn = b2 . . . . . . . .   . . ... . .   an1 x1 + an2 x2 + . . . ann xn = bn   a11 a12 . . . a1n  a21 a22 . . . a2n      Sejam A, X e B matrizes, ent˜o Tome A =  a31 a32 . . . a3n a ,  . . .. .   . . . . . . .  an1 an2 . . . ann     x1 b1  x2   b2       x3    X=  e B =  b3   .   .   .  .  .  . xn bn E desta forma, encontramos a matriz X formada pela inc´gnitas x1 , x2 , . . . , xn o e ent˜o resolvemos o sistema linear. a 37
  • 38.
    ˆ ´ ¸˜ APENDICE B. METODO PARA RESOLUCAO DE SISTEMAS LINEARES38 Observe que ao fazermos a multiplica¸˜o de matrizes, obtemos exatamente o ca sistema linear exibido. Ent˜o, como visto anteriormente podemos escrever a    −1   x1 a11 a12 . . . a1n b1  x2   a21 a22 . . . a2n   b2         x3   a31 a32 . . . a3n     =  ·  b3   .   . . .. .   .   .   . . . . . . .  .  .  . xn an1 an2 . . . ann bn Exemplo B.0.5 Vamos resolver o sistema linear abaixo:   −x + y − z = 5 x + y + z = 4  3x + y + 2z = −3 Escrevendo na forma de matriz, temos:       −1 1 −1 x 5  1 2 4 · y = 4  3 1 −2 z −3 Agora precisamos achar a matriz inversa de   −1 1 −1  1 2 4  3 1 −2 Aplicando o m´todo via matriz dos cofatores, obtemos a matriz e  8 1 6  − 27 27 27    14   5 3   27 27 27    5 4 3 − 27 27 − 27 Fazendo a multiplica¸˜o de matriz, temos: ca    8 1 6      x − 27 27 27 5 2            14       y = 5 3 · 4 = 3     27 27 27              5 4 3 z − 27 27 − 27 −3 0 Logo a solu¸˜o do sistema linear ´: S = {(2, 3, 0)}. ca e
  • 39.
    Apˆndice C e Equa¸oes alg´bricas c˜ e Exibiremos aqui alguns teoremas sobre a teoria das equa¸˜es alg´bricas. Es- co e peramos que o leitor esteja familiarizado com polinˆmios e n´meros complexos. o u Teorema C.0.2 Seja P (x) um polinˆmio cujos coeficientes s˜o todos reais, ad- o a mitindo z = a + bi ∈ C como raiz, ent˜o P (x) tamb´m admite z = a − bi como a e raiz. Prova: Se z = a + bi ´ uma raiz de P (x) = an xn + an−1 xn−1 + . . . + a2 x2 + a1 x + a0 , e ent˜o P (z) = 0. Logo, a an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0, Ora, mas ent˜o o conjugado deste n´mero tamb´m ´ zero. a u e e an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0 utilizando as propriedades de n´meros complexos, temos u an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0 an z n + an−1 z n−1 + . . . + a2 z 2 + a1 z 1 + a0 = 0 P (z) = 0. Portanto z tamb´m ´ raiz de P (x). e e Exemplo C.0.6 ´ Corolario C.0.1 Seja P (x) um polinˆmio cujos coeficientes s˜o todos reais, o a admitindo z = a + bi ∈ C como raiz de multiplicidade p, ent˜o P (x) tamb´m a e admite z = a − bi como raiz de multiplicidade p. Exemplo C.0.7 Teorema C.0.3 Todo polinˆmio P (x) = an xn +an−1 xn−1 +. . .+a2 x2 +a1 x+a0 , o talque ∂(P (x)) = n 1, pode ser decomposto em n fatores do primeiro grau, ou seja, P (x) = an (x − r1 )(x − r2 )(x − r3 ) . . . (x − rn ) onde r1 , r2 ,. . . ,rn s˜o as ra´ a ızes de P (x). Esta decomposi¸˜o ´ unica. ca e ´ 39
  • 40.
    ˆ ¸˜ ´ APENDICE C. EQUACOES ALGEBRICAS 40 Exemplo C.0.8 Seja P (x) = 2x2 − 10x + 12 pode ser decomposto como P (x) = 2(x − 2)(x − 3), onde 2 e 3 s˜o as ra´ a ızes de P (x). Teorema C.0.4 (Teorema das ra´ ızes racionais) Se um polinˆmio o P (x) = an x n +a n−1 + . . . + a x2 + a x + a , possui todos os coeficientes n−1 x 2 1 0 inteiros, admite uma raiz racional p , onde p ∈ Z e p ∈ Z+ , ent˜o p/a0 e q/an (p q a divide a0 e q divide an . Exemplo C.0.9 Ache as ra´ ızes da equa¸˜o ca x3 + 3x2 − 3x − 9 = 0 pelo teorema das ra´ ızes racionais, temos p ∈ {−1, 1, −3, 3, −9, 9} (divisores in- teiros de (-9)) e q ∈ {1}(divisores positivos de 1), ent˜o p ∈ {−1, 1, −3, 3, −9, 9} a q agora basta testar as candidatas a raiz de P (x) P (−1) = −4, P (1) = −8, P (−3) = 0, P (3) = 36, P (−9) = −468 e P (9) = −522 Logo, -3 ´ raiz da equa¸˜o. e ca Utilizando o dispositivo de Briot-Ruffini, temos: -3 1 3 -3 -9 1 0 -3 0 √ Desta forma, achamos a equa¸˜o x2 − 3 = 0, cuja a solu¸˜o ´ x = √ 3 ca ca e ± √ Portanto a solu¸ao da equa¸˜o x3 + 3x2 − 3x − 9 = 0, ser´ S = {− 3, 3, −3}. c˜ ca a
  • 41.
    Referˆncias Bibliogr´ficas e a [1] Iezzi, G., Hazzan, S.(1998) - Fundamentos de Matem´tica Elementar, vol.4 a [2] Iezzi, G.(1996) - Fundamentos de Matem´tica Elementar, vol.6 a [3] Filho, E. A. (2000) - Inicia¸˜o a L´gica Matem´tica ca o a [4] S.B.M (1998) - Revista do Professor de Matem´tica, 37 a [5] Massaranduba, E. M., Chinellatto, T. M. (2003) - Cole¸˜o Objetivo - ca Reda¸˜o ca 41
  • 42.
    ´ Indice Remissivo axioma, 27 simbologia, 8, 13 sistemas lineares, 34 bissetriz, 31 Briot-Ruffini, 40 tangente, 28 teorema, 27 cofator, 35 tese, 21 conclus˜o, 8 a triˆngulo, 31 a condi¸˜o necess´ria, 22 ca a condi¸˜o suficiente, 22 ca conectivos, 23 contra-exemplo, 22 corol´rio, 27 a Crammer, 11 d´ ızima, 29 demonstra¸˜o, 24–26 ca desenvolvimento, 8 disserta¸˜o, 7, 10, 13 ca fun¸˜o, 31 ca hip´tese, 21 o introdu¸˜o, 7 ca l´gica, 8, 10, 13, 20, 21 o lema, 27 matriz, 38 matrizes, 28 mdc, 19 mmc, 19 nega¸˜o, 23 ca pal´ ındromos, 19, 32 perfeitos, 24 polinˆmio, 16, 39 o proposi¸˜o, 20–22 ca racional, 26 raiz, 19 rec´ ıproca, 22 42